高鎳鋰電池陽離子混排致容量衰減

任何事物都是有兩面性,並不是有利的物質越多越好,好比如三元鋰電池的鎳含量。鎳含量適當時,其能提高電池儲鋰空間,反之,超過臨界值時,鋰電池容量反而會衰減,那容量衰減原理是什麼呢?

鋰電池在迴圈過程中會產生陽離子混排、應力誘導微裂紋的現象,是導致容量衰減的主要原因。本文主要為大家介紹陽離子混排現象。

鋰電池圖片

陽離子混排

由於二價鎳離子與鋰離子的體積差不多大,因此在放電時鋰離子大量脫出的時候,二價鎳離子佔據鋰離子晶格位置。而離子的錯位,引起結構改變,其嵌鋰能力也隨之改變。在充放電過程中,常常會出現表面重構的現象,原因是正極材料表面脫嵌鋰的壓力最大,速度最快,陽離子出現混排導致表面晶格發生改變。

鎳含量越高,三價鎳離子易被還原成二價,則發生陽離子混排的概率越大。抑制陽離子混排,主要從以下幾個角度考慮:

1.採取措施減少二價鎳離子的生成,從根本上截斷發生混排的根源;

2.摻雜鎂離子,其能夠比鎳更先搶佔鋰留下的空位,避免了鎳的進入。雖然鎂離子不參與充放電過程,但對材料結構起到支撐作用。

3.調整鎳與鋰的摩爾比以及調整製備工藝,將原材料對陽離子混排的影響降低。

事實上,除了鎳離子會影響鋰的空間外,還有少量的鈷離子、錳離子及生產正極材料時引入的雜質。在正極材料製備過程中,原料會與空氣中水和二氧化碳等發生反應,生成碳酸鋰等物質,其將會在迴圈過程分解產生氣體,吸附於材料的表面造成活性物質與電解液的接觸不佳,極化增大,迴圈性能也隨之惡化。

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