多晶高镍和单晶高镍路线之争:倍率的比较

发布者:admin    发布时间:2021-05-13    点击率:314

锂离子电池(LIB)由于其多功能性,可扩展性和可靠性而成为电动汽车主要的储能装置。其中高镍LixNi1-y-zCoyMnzO2(NCM)正极活性物质(CAM)具有高比能,高功率和长循环寿命,正成为下一代锂离子电池的首选。但是,多晶(PC)NCM颗粒破裂以及电解质渗透会导致副反应和容量快速衰减,限制了其应用。而单晶(SC)NCM的动力学较慢,阻碍了放电过程中的锂化过程,因此降低了材料利用率和容量。目前,大量研究主要关注提高多晶NCM循环稳定性,很少有文献对PC和SC正极倍率性能进行比较,探讨其性能差异根源以及主要影响因素,并进行量化。


工作简介】

近日, 德国吉森大学Jürgen Janek等人从关键参数等方面探讨了具有不同粒径和形态NCM材料的性能。二次颗粒的破裂导致电解液渗透到CAM中,从而降低了电荷转移阻力,并使表观扩散系数增加了一个数量级以上相比之下,单晶NCM在循环后几乎没有裂纹,但出现了动力学被严重限制,表明NCM多晶颗粒的破裂虽然有害,但有助于实现高可逆容量和倍率性能因此,优化CAM的尺寸和形态对于高镍NCM倍率性能至关重要。相关研究成果以“Polycrystalline and Single Crystalline NCM Cathode Materials—Quantifying Particle Cracking, Active Surface Area, and Lithium Diffusion”为题发表在国际顶尖期刊Advanced Energy Materials上。

【内容详情】
1、形貌演变
高镍NCM多晶颗粒在循环时内部会形成微裂纹。相反,单晶材料没有显示出任何大裂纹。图1显示,原始多晶NCM致密且没有任何明显间隙。但是,充电至3.8 V后,PC颗粒内部出现裂缝,至4.2 V时,裂纹更加严重。相反,单晶正极充电前后看不到差异,但充电到较高电位时也观察到裂纹。