走進(jìn)三元材料電池技術(shù)與應(yīng)用

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三元材料電池介紹1

三元材料電池特性2共沉淀法制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O23動(dòng)力電池發(fā)展趨勢4綱要第2頁,共17頁，星期六，2024年，5月

1.三元材料電池介紹三元材料是指鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2），三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體等產(chǎn)品。其通式為Li（NixCoyMnz）O2，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成，產(chǎn)品為黑色粉末，其含有鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整?？捎糜谛⌒碗姵睾蛣?dòng)力電池中。三元材料因兼有LiNiO2和LiCoO2的優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格便宜，合成容易，被認(rèn)為是最有可能取代目前商用LiCoO2的新型正極材料，也是現(xiàn)今鋰離子電池研究的一大熱點(diǎn)。第3頁,共17頁，星期六，2024年，5月可通過調(diào)節(jié)過渡金屬Ni、Co、Mn的比例，制備出不同性能的LiNi1-x-yCoxMnyO2，常見的比例有333,442，532等。

1.三元材料電池介紹第4頁,共17頁，星期六，2024年，5月

2.三元材料電池特性2.1三元材料特性第5頁,共17頁，星期六，2024年，5月磷酸鐵鋰體系錳酸鋰體系三元體系Wh/kg/Wh/dm3

2.三元材料電池特性2.2能量密度優(yōu)勢突出第6頁,共17頁，星期六，2024年，5月

2.三元材料電池特性2.3安全性問題問題三元?jiǎng)恿﹄姵匕踩耘cLFP和LMO相比較為薄弱，如大容量三元電池的過充，針刺難以通過，這是三元應(yīng)用最大的障礙。分析1.鎳含量高2.材料整體活性高3.析氧溫度4.體系匹配性5.使用條件對(duì)策材料選擇：如111，具有最為穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)：摻雜錳電池設(shè)計(jì)：面密度，隔膜選擇（陶瓷隔膜）4.使用條件：限制電壓第7頁,共17頁，星期六，2024年，5月2.4三元材料的不足

2.三元材料電池特性(1)由于陽離子混排效應(yīng)以及材料表面微結(jié)構(gòu)在首次充電過程中的變化，造成NMC的首次充放電效率不高，首效一般都小于90%；

(2)三元材料電芯產(chǎn)氣較嚴(yán)重，高溫存儲(chǔ)和循環(huán)性還有待提高；

(3)鋰離子擴(kuò)散系數(shù)和電子電導(dǎo)率低，使得材料的倍率性能不是很理想；

(4)三元材料是一次顆粒團(tuán)聚而成的二次球形顆粒，由于二次顆粒在較高壓實(shí)下會(huì)破碎，從而限制了三元材料電極的壓實(shí)，這也就限制了電芯能量密度的進(jìn)一步提升。第8頁,共17頁，星期六，2024年，5月2.5三元材料的改性

2.三元材料電池特性摻雜NMC的雜原子摻雜既可以在前驅(qū)體共沉淀階段進(jìn)行濕法摻雜，也可以在燒結(jié)階段進(jìn)行干法摻雜。陽離子等價(jià)態(tài)摻雜陽離子不等價(jià)態(tài)摻雜摻雜價(jià)態(tài)更低的離子會(huì)導(dǎo)致過度元素的價(jià)態(tài)升高，即產(chǎn)生空穴，改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，大幅提高材料的電子電導(dǎo)。等價(jià)態(tài)摻雜后不會(huì)改變原來材料中原子的化合價(jià)，但是一般可以穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展離子通道，提高材料的離子電導(dǎo)率。陰離子摻雜技術(shù)陰離子摻雜多見于F–取代Ｏ2-，通過氟離子體相摻雜可以使材料的結(jié)晶度更好，從而增加材料的穩(wěn)定性。第9頁,共17頁，星期六，2024年，5月2.5三元材料的改性

2.三元材料電池特性氧化物：MgO、Al2O3、ZrO2和TiO2等非氧化物：AlPO4、AlF3、LiAlO2、LiTiO2表面包覆第10頁,共17頁，星期六，2024年，5月

2.三元材料電池特性無機(jī)物表面包覆主要是使材料與電解液機(jī)械分開從而減少材料與電解液副反應(yīng)，抑制金屬離子的溶解，優(yōu)化材料的循環(huán)性能。無機(jī)物包覆還可以減少材料在反復(fù)充放電過程中材料結(jié)構(gòu)的坍塌，對(duì)材料的循環(huán)性能是有益的。NMC的表面包覆對(duì)降低高鎳三元材料表面殘堿含量是比較有效的。沒有完美的材料，沒有完美的工藝，只有依靠不斷優(yōu)化和技術(shù)進(jìn)步來解決三元材料所面臨的問題。2.5三元材料的改性第11頁,共17頁，星期六，2024年，5月Ni、Co、Mn離子混合液沉淀劑沉淀反應(yīng)（PH、T、攪拌速度）陳化、洗滌、過濾、干燥前軀體混合、球磨燒結(jié)、粉碎分級(jí)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2鋰源3.共沉淀法制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2最早由Ohzuku于2001年制備得到第12頁,共17頁，星期六，2024年，5月

4.動(dòng)力電池發(fā)展趨勢4.1日產(chǎn)Leaf目前全球銷量最大的純電動(dòng)汽車——日產(chǎn)Leaf，其正極材料為LMO摻LNO材料，能量密度~140wh/kg。完全充電的情況下，2012款能實(shí)現(xiàn)160公里以上的巡航里程。類別容量極正負(fù)極混合動(dòng)力4.2Ah89%LMO-11%LNOHC純電動(dòng)33.1Ah89%LMO-11%LNONG-core第13頁,共17頁，星期六，2024年，5月4.2通用volt

4.動(dòng)力電池發(fā)展趨勢美國通用沃藍(lán)達(dá)（volt）所采用的動(dòng)力電池為混合型，含22%的三元材料。電池組采用“T”型設(shè)計(jì)，由300多個(gè)3V單體鋰離子電池組成第14頁,共17頁，星期六，2024年，5月

4.動(dòng)力電池發(fā)展趨勢4.3特斯拉Tesla2013年第一季度，特斯拉賣出4750輛，并宣布公司實(shí)現(xiàn)盈利，成為全世界最暢銷的純電動(dòng)車，一時(shí)成為全球矚目的焦點(diǎn)，采用的也是三元材料電池。2015年北京國際電動(dòng)車技術(shù)展示交易會(huì)隨著技術(shù)進(jìn)步，NCM三元材料鋰離子動(dòng)力電池是未來發(fā)展的重要方向。第15頁,共17頁，星期六，2024年