复合炭导电剂改性高镍三元NCM811正极材料研究

高镍三元正极材料在发展高比能量锂离子电池方面具有良好的应用前景。为研制兼具高比容量和高导电性的高镍正极材料,本文从改善镍钴锰(NCM)811高镍三元正极电子导电性的角度出发,研究了二元复合炭导电剂对高镍三元811正极电化学性能的影响及其机制。结果表明,线性气相生长炭纤维(VGCF)的结晶度和石墨化程度最高,导电性最佳,其次为多壁炭纳米管(MW-CNT)。以零维粒状炭黑(CB)为基础导电剂,探讨了二元复合炭导电剂对NCM811高镍三元正极性能的影响。结果表明,最佳二元复合炭导电剂由石墨化程度较高、导电性较好的MWCNT与纳米炭黑组成,其分散均匀、点线结合形成的三维导电网络最利于电子传导。将其用于高镍三元NCM811正极,首次放电比容量达185 mAh·g^(-1);循环200次后容量保持率达89%,循环稳定性得以显著改善。

NCM811正极材料的高能量密度体系软包电池评价

因高镍三元锂离子电池具有高能量密度而成为海内外中高端车企共同选择的对象。然而,三元正极在循环过程中会经历从H2到H3的相变而导致较大的晶格体积变化,造成二次球三元材料在循环过程中容易发生颗粒破碎,导致电池阻抗增加和衰减严重。而单晶三元材料几乎由一次颗粒构成,循环过程颗粒保持较好。通过将市售的单晶NCM811和二次球NCM811分别制作成5 Ah软包叠片电池,研究对比发现:二次球NCM811在室温25℃下经过2000次循环容量保持率为84.2%,而单晶NCM811电芯容量保持率90.5%;在45℃下,二次球样品经过1300次循环,容量衰减到80%,而单晶样品经过2000次循环容量保持率仍有86.3%,具有更优的循环性能。其他关键指标,如存储、产气等方面单晶优势明显。

高能量密度NCM811三元正极材料的制备与改性研究

高镍系镍钴锰三元层状氧化物正极材料具有高比容量、低廉的价格以及环境友好性等优点,被认为最具有商业化前景的锂离子电池正极材料之一。但是,由于其表面具有较高的残碱,会影响容量的发挥、电池制浆加工性能和造成电池胀气等问题,故限制了其广泛应用。本文采用NCM811前驱体(Ni_(0.83)Co_(0.11)Mn_(0.06)(OH)_(2))和单水氢氧化锂为原料,采用掺杂Zr^(4+)的改性手段进行高温固相法制备出颗粒分散的镍钴锰酸锂。对一次烧结的镍钴锰酸锂先进行包覆ZrO_(2)和热处理,接着通过水洗和包覆H_(3)BO_(3)及再次热处理等改性,从而使镍钴锰酸锂满足低残碱量及高能量密度的要求。结果表明:当一次烧成的镍钴锰酸锂材料分别进行包覆、热处理、水洗之后接着再包覆及热处理,材料的残碱含量降低56%;克容量较高,0.1 C达212.14 mAh/g;材料的循环性能明显改善,扣电上以1 C/1 C的充放电制度进行100周循环测试,保持率达到95.42%。

高镍三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2@Li2ZrO3正极材料的表面修饰与电化学性能优化

利用正丁醇锆的水解反应,以碳酸锂为锂盐前驱体,在高镍三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)颗粒表面成功制备均匀且完整包覆的Li2ZrO3(LZO)纳米包覆层,厚度约为18nm。循环伏安(Cyclic Voltammetry,CV)和电化学交流阻抗(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)测试结果表面,摩尔质量分数为1 mol%的Li2ZrO3表面修改层能有效地抑制高镍三元NCM811正极材料与电解液之间的界面副反应,降低了其循环过程中的电化学极化,从而提高了正极材料的循环稳定性和倍率性能。在工作电压为2.7V-4.3Vvs.Li+/Li和电流密度为1C条件下,经包覆处理的NCM811@LZO正极材料首次放电比容量为177.5mAh/g,50次循环后保持在143.9mAh/g,均高于纯NCM811正极材料的149.3mAh/g和136.6mAh/g。

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)研究进展

锂离子电池具有循环寿命高、无记忆效应等优点,被广泛应用于电子消费产品及电动汽车等诸多领域。伴随着国内电动汽车的快速发展,对锂离子电池的能量密度、安全性能、成本、热稳定性、循环寿命等提出了更高的要求。电池性能的提升取决于电极材料的改善,而正极材料作为锂离子电池的核心组成部分,将直接影响整个电池的性能。高镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(以下简称为NCM811)由于极高的放电比容量(>200 mAh/g)而吸引了越来越多人的关注。但是,NCM811较差的热稳定性、循环倍率性以及安全性限制了它在实际中的大规模应用。本文结合NCM811的晶体结构、合成方法以及目前存在的主要问题,阐述了近几年国内外改善NCM811的电化学性能研究,并重点介绍表面包覆、离子掺杂和添加剂改性技术对NCM811电化学性能的影响。