三元材料是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料複合成的,其中Ni成分,可以提高材料活性,增加能量密度;Co成分,既能穩定材料的層狀結構,又能減小陽離子混排,便於材料深度放電;Mn成分,在材料中起到支撐作用,提高充放電的穩定性。那麼,鎳含量提高對三元鋰電池有什麼影響?
Ni 增加使迴圈性能變差,熱定性變差,放電過程中表面反應不均勻;反應產物中存在大比例的Ni2+,導致材料呈氧化性,緩慢氧化電解質,並釋放出氣體。
迴圈中的容量衰減機理
陽離子混排和微裂紋是迴圈中容量衰減的兩個主要因素。
陽離子混排
陽離子混排是指Ni2+本身體積與Li+近似,在放電時鋰離子大量脫出時,受外界因素作用,佔據Li+晶格中位置的現象。離子的錯位,帶來晶格類型的改變,其嵌鋰能力也隨之改變。在迴圈中,正極材料表面脫嵌鋰的壓力最大,速度最快,因此表面常常因為這種陽離子混排帶來表面晶格的變化,這個現象被叫做表面重構。鎳含量越高,發生陽離子混排的概率越大。
微裂紋
正極材料在充放電中,體積會發生變化,鎳含量越高,體積膨脹的比例越大,因此裂紋也就隨之而生了。裂紋的產生還依賴充放電截止電勢的大小,通常高鎳層狀氧化物正極的工作電壓不超過4.1 V,目的是為了保證不發生不可逆相變,減小內應力。