Wird die positive Batterie 811 622 ersetzen?

In der gegenwärtigen Politik und Marktnachfrage hat die gesamte Industriekette einen höheren Nickelweg eingeschlagen, das ternäre Lithium-Ionen-Batterie-Kathodenmaterial LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (im Folgenden als NCM811 bezeichnet) hat eine hohe reversible spezifische Kapazität und niedrige Kostenvorteile Die breiten Anwendungsaussichten gelten als erste Wahl für die nächste Generation von Kathodenmaterialien mit hoher spezifischer Energie. Kann das NCM811-Material im nächsten Jahr 2019 das NCM622 wirklich überspringen und das Feld der positiven Batteriebatterien schnell dominieren? Nach der jahrelangen Erfahrung des Autors bei der Entwicklung und Anwendung von ternären Materialien mit hohem Nickelgehalt werden die folgenden Punkte als Grund analysiert:

1. Strukturelle Eigenschaften bestimmen die thermische Stabilität und den Zyklusnachteil

NCM811-Material ist von Natur aus näher an LiNiO2 und kann als dotiertes modifiziertes Produkt von LiNiO2 angesehen werden. Es hat die gleiche α-NaFeO2-Schicht-Steinsalzstruktur ähnlich wie LiCoO2, die zum hexagonalen Kristallsystem, zur räumlichen Punktgruppe und zum geschichteten eingebetteten Lithium-Verbundoxid gehört. Im Kristall befindet sich Li bei 3a, O bei 6c und das Übergangsmetall Co an Position 3b. Die durchschnittliche Wertigkeit von Ni beträgt +3, ein bestimmter Anteil von Ni2 + existiert, Co ist +3 und Mn ist +4. Aufgrund des hohen Ni-Gehalts im NCM811-Material sind die Nachteile signifikanter. Erstens ist das Mischen der Kationen schwerwiegender, Ni2 + nimmt immer noch die Li-Position ein, und zweitens wird Ni + während der Entladung unvollständig reduziert, was leicht mit dem Elektrolyten reagiert, wodurch die reversible spezifische Kapazität des Materials und die Zyklusleistung beeinträchtigt werden. Darüber hinaus ist die Ni2 + -Oxidation unvollständig und es ist leicht, eine NiO-Schicht auf der Oberfläche zu bilden, die die Migration von Li-Ionen behindert. Daher können die obigen Gründe zu einer geringen anfänglichen Lade- und Entladeeffizienz, einem schnellen Zerfall des Zyklusprozesses und einer schlechten Ratenleistung führen. , weitgehend begrenzt seine großtechnische Anwendung.

Elektrochemische und thermische Eigenschaften als Funktion des Ni-Gehalts ergaben, dass die elektrochemischen Eigenschaften und die Sicherheit hauptsächlich von der Mikrostruktur (Stabilität der Morphologie und der Volumenstruktur) und den physikochemischen Eigenschaften (Li + -Diffusionskoeffizient, Elektronenleitfähigkeit, Volumenexpansionsverhältnis und chemische Stabilität) abhängen Die Erhöhung des Ni-Gehalts führt zu einer Erhöhung der Kapazität, die thermische Stabilität nimmt weiter ab und beschleunigt die Verschlechterung, was die Sicherheit der Zelle ernsthaft beeinträchtigt. Wenn die Batterie weiter auf 4,3 V aufgeladen wird, zeigen die Ergebnisse des DSC-Experiments, dass mit zunehmendem Ni die Zersetzungstemperatur allmählich abnimmt, die Wärmeabgabe erhöht wird, die thermische Stabilität des Materials schlecht ist und zusätzlich das Li, das ist bei gleichem Potential freigesetzt ist höher als das niedrige Das ternäre Nickelkathodenmaterial hat einen hohen Gehalt an Ni4 + und ist stark reduzierbar und neigt zu Oxidationsreaktionen, wodurch der Elektrolyt oxidiert, Gas freigesetzt und die Kristallstruktur des Materials zerstört wird. was zu einer Verschlechterung der Stabilität führt.

Noh et al. Untersuchten die elektrochemischen Eigenschaften von Nickel-Kobalt-Mangan mit unterschiedlichen Anteilen an ternären Kathodenmaterialien. Studien haben gezeigt, dass die Redoxpeaks von Materialien mit niedrigem Nickelgehalt während des Zyklus sehr stabil sind und die Redoxpeaks mit zunehmendem Ni-Gehalt zunehmen. Das Material der NCM811-Serie wurde 100-mal getaktet und die Spannung des Oxidationspeaks von 3,62 V auf 3,76 V verschoben. Die Differenzspannungskurve in der folgenden Abbildung zeigt, dass sich die Struktur von H2 zu H3 ändert, was zu einer Volumenschrumpfung führt, die direkt zu einem Kapazitätsabfall führt. Derzeit beträgt der Zellzyklus der NCM811-Produktprobe im Test noch weniger als das 1500-fache. Bis zu einem gewissen Grad ist die Schwierigkeit des NCM811-Materials in der Materialindustrie noch nicht gut gelöst.

2. Chemische Eigenschaften bestimmen Verarbeitungsschwierigkeiten

Die Schwierigkeit des Verfahrens ist hauptsächlich auf die starke Kationenmischung zurückzuführen, die durch den hohen Ni-Gehalt des Materials selbst verursacht wird und die Ausfällung von Lithium verursacht, wobei lösliche Salze wie Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid auf der Oberfläche des Materials gebildet werden, so dass die Der PH-Wert des Materials ist beim Compoundieren alkalisch. Dabei ist es leicht, Wasser aufzunehmen und Gelee zu bilden, was die Beschichtung beeinflusst, eine schlechte Feuchtigkeitskontrolle aufweist und schwierig zu verarbeiten ist.

Andererseits ist diese chemische Reaktion der Wasserabsorption irreversibel. Wenn das Oberflächenlithium verbraucht wird, fällt weiter mehr Lithium aus, wodurch die Struktur des Materials zerstört wird, ein irreversibler Phasenübergang des Materials verursacht wird und die Leistung der Batterie im späten Zyklus beeinträchtigt wird. Die Forschungsgemeinschaft versucht derzeit, eine weitere Ausfällung von ausgefälltem Lithium durch Oberflächenbeschichtung wie Oberflächenpassivierung von Li2ZrO3 auf der Oberfläche des Materials zu verhindern oder die Struktur des Materials durch Kationendotierung zu stärken, aber diese Praktiken sind noch nicht ausgereift die Branche, auch einige Unternehmen verbessern sich in dieser Hinsicht, aber sie können immer noch nicht beseitigt werden.

3. Die Technologie ist nicht perfekt, was zu einer langsamen Kapazitätsfreigabe führt

Derzeit zeigen die Datenuntersuchungen der inländischen ternären Mainstream-Hersteller Rongbai, Dangsheng, Shanshan und Bamo, dass für 2018 bis 2019 eine Produktionskapazität von 40.000 Tonnen erwartet wird, was weit unter der aktuellen Produktionskapazität von NCM523 und NCM622 liegt. Es wird erwartet, dass es nicht vor 2020 sein wird. Mit einer Kapazität von 64.000 Tonnen sind die Materiallieferanten bei dieser Reaktion vorsichtiger und die Produktionskapazität ist langsamer.

Fazit

Obwohl das nickelreiche NCM811-Material die Vorteile einer hohen Kapazität und eines niedrigen Preises aufweist, müssen aufgrund seiner kurzen Struktur wie Struktur und chemischen Eigenschaften sein Zyklus, seine thermische Stabilität, seine Sicherheit und andere Aspekte weiter optimiert und stabilisiert werden, und die Zelle Gleichzeitig stellt der Hersteller NCM811 vor. Es muss auch vollständig evaluiert werden und darf nicht blind unternehmungslustig sein! Die Förderung und Anwendung von NCM811-Materialien mit hohem Nickelgehalt erfordert eine systematische Lösung. Nicht nur die Innovation von Materialien, sondern auch die Anwendungsseite (Feldprozess, Produktstruktur, Umweltkontrolle, BMS usw.) verfügen über ein tiefes Verständnis des Materials. Um Stärken zu entwickeln und Schwächen zu vermeiden, sollten Sie die Vorteile von NCM811 voll ausschöpfen.

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