您当前的位置:北极星储能网  >  电动汽车  >  动力电池 > 正文

锂离子电池单晶型高镍三元正极材料研究与工程化取得重要进展

北极星储能网  来源:上海交通大学化学化工学院  作者:钱冠男 李林森  2020/2/4 13:29:59  我要投稿  

北极星储能网讯:镍钴锰酸锂(NMC)和镍钴铝酸锂(NCA)三元正极材料能提供较高的能量密度和功率密度,已经广泛应用于新能源汽车动力电池。近日单晶高镍三元材料的工程化研究获得新进展。

本文来源:微信公众号 上海交通大学化学化工学院 ID:i-scce

近日,上海交通大学李林森特别研究员和马紫峰教授等人与美国莱斯大学(Rice University)的Tang Ming(唐铭)教授合作,在能源材料领域知名期刊《Energy Storage Materials》上发表了题为“Single-Crystal Nickel-Rich Layered-Oxide Battery Cathode Materials: Synthesis, Electrochemistry, and Intra-Granular Fracture”的最新研究成果。论文第一作者为上海交通大学化学化工学院博士研究生钱冠男,李林森、唐铭和马紫峰为该论文共同通讯作者。

镍钴锰酸锂(NMC)和镍钴铝酸锂(NCA)三元正极材料能提供较高的能量密度和功率密度,已经广泛应用于新能源汽车动力电池。目前,商业化的三元正极材料大多是由纳米级别一次颗粒团聚形成的10微米左右的二次球型多晶材料。多晶NMC内部存在大量晶界(grain boundary)。在电池充放电过程中,由于各向异性的晶格变化,多晶NMC容易出现晶界开裂,导致二次颗粒发生破碎,比表面积和界面副反应快速增加 (图1),导致电池阻抗上升,性能快速下降。

图 1. 多晶和单晶NMC正极材料中颗粒破碎及其与电化学性能相关性的示意图

单晶型三元材料内部没有晶界,可以有效应对晶界破碎及其导致的性能劣化问题,本研究团队开发一种新型的单晶材料合成工艺,制备出单晶型NMC三元正极材料。本工作采用原位XRD和非原位SEM对制备过程观测,优化煅烧温度、锂化比、水洗工艺等反应参数,制备得到性能优异的622型和811型单晶NMC。与商品多晶三元材料相比,单晶三元材料在常温和高温下均具有更好的循环稳定性。(图2)团队进一步研究了单晶NCM内部裂纹生长和单晶的问题。通过断裂力学分析,估算了单晶内部裂纹生长的参数条件以及单晶发生内部开裂的临界尺寸值;通过电化学实验及离子束切割,阐述了电池充电电压、电化学相变、材料脱锂量与单晶内部裂纹的关系,以及裂纹生长取向性问题。研究表明,在正常充放电电压范围内(2.8-4.3 V vs Li+/Li),经过1000次充放电循环,单晶型三元材料颗粒不发生破碎;但是,在过充的条件下(例如,充电至4.7 V, 每个结构单元取出 >0.84 Li+),单晶NMC颗粒也会发生颗粒内破碎。本工作为单晶型高镍三元材料的进一步研发提供了理论依据和模型材料。

图2. 单晶NMC正极材料的电化学循环和机械稳定性优于多晶NMC

在基础研究指引下,本团队加强工程化技术开发,依托上海电化学能源器件工程技术研究中心,设计开发出单晶三元材料公斤级中试生产线,顺利生产出合格的622型单晶NMC和Ni83材料,并已经与包括万向A123 等国际知名电池企业展开初步合作,为单晶高镍三元材料的工程化奠定良好的基础。(图3)


图3. 公斤级622型单晶NMC正极材料及Ah级软包全电池

这项工作得到国家特聘青年专家计划、国家自然科学基金和中国石化科技发展基金等项目支持。


原标题:锂离子电池单晶型高镍三元正极材料研究与工程化取得重要进展

北极星储能网官方微信

分享到:
投稿联系:陈女士  13693626116  新闻投稿咨询QQ: 1831213786
邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#换成@)
北极星储能网声明:此资讯系转载自合作媒体或互联网其它网站,北极星储能网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考。
热点关注
【收藏】全国最新最全峰谷电价:14个地区价差超0.7元/kwh

【收藏】全国最新最全峰谷电价:14个地区价差超0.7元/kwh

7月2日,国家发改委印发《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》,明确指出加大峰谷电价实施力度,运用价格信号引导电力削峰填谷,利用峰谷电价差、辅助服务补偿等市场化机制,促进储能发展。该政策的出台,意味着储能峰谷价差套利模式获得官方认可。紧随其后,江苏、陕西也相继出台配套政策,

>>更多

新闻排行榜

今日

本周

本月

关闭

重播

关闭

重播

关于北极星 | 广告服务 | 会员服务 | 媒体报道 | 营销方案 | 成功案例 | 招聘服务 | 加入我们 | 网站地图 | 在线帮助 | 联系我们 |

版权所有 © 1999- 北极星电力网(Bjx.Com.Cn) 运营:北京火山动力网络技术有限公司

京ICP证080169号京ICP备09003304号-2 京公网安备 11010502034458号电子公告服务专项备案

关闭

关闭