¿El positivo 811 de la batería de alimentación está a punto de reemplazar al 622?

En la política actual y la demanda del mercado han obligado a toda la cadena industrial a ir por la ruta del níquel más alta, el material del cátodo ternario de la batería de iones de litio LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (en lo sucesivo, NCM811) tiene una alta capacidad específica reversible y ventajas de bajo costo , amplias perspectivas de aplicación, se considera la primera opción para la próxima generación de materiales de cátodos de alta energía específica. Sin embargo, en el próximo 2019, ¿puede el material NCM811 realmente saltarse el NCM622 y dominar rápidamente el campo de los aspectos positivos de la batería? De acuerdo con los años de experiencia del autor en el desarrollo y aplicación de materiales ternarios con alto contenido de níquel, se analizan los siguientes puntos el motivo:

1. Las características estructurales determinan la estabilidad térmica y la desventaja del ciclo.

El material NCM811 tiene una naturaleza más cercana al LiNiO2 y puede considerarse como un producto modificado dopado de LiNiO2. Tiene la misma estructura de sal de roca en capas de α-NaFeO2 similar a LiCoO2, que pertenece al sistema de cristal hexagonal, grupo de puntos espaciales y óxido compuesto de litio incrustado en capas. En el cristal, Li está ubicado en 3a, O está en 6c, y el metal de transición Co está en la posición 3b. La valencia media de Ni es +3, existe una cierta proporción de Ni2 +, Co es +3 y Mn es +4. Debido al alto contenido de Ni en el material NCM811, las desventajas son más significativas. En primer lugar, la mezcla de cationes es más grave, el Ni2 + sigue ocupando la posición de Li y, en segundo lugar, el Ni + se reduce de forma incompleta durante la descarga, lo que reacciona fácilmente con el electrolito, lo que hace que la capacidad específica reversible del material y el rendimiento del ciclo se vean afectados. Además, la oxidación de Ni2 + es incompleta y es fácil formar una capa de NiO en la superficie, lo que dificulta la migración de iones Li. Por lo tanto, las razones anteriores pueden dar como resultado una baja eficiencia de carga y descarga inicial, un rápido deterioro del proceso del ciclo y un rendimiento de baja velocidad. , limitó en gran medida su aplicación a gran escala.

Propiedades electroquímicas y térmicas en función del contenido de Ni, encontraron que las propiedades electroquímicas y la seguridad dependen principalmente de la microestructura (estabilidad morfológica y de la estructura de volumen) y propiedades fisicoquímicas (coeficiente de difusión de Li +, conductividad electrónica, relación de expansión de volumen y estabilidad química). el aumento en el contenido de Ni conduce a un aumento en la capacidad, la estabilidad térmica continúa disminuyendo y acelera el deterioro, afectando seriamente la seguridad de la celda. Al cargar aún más la batería a 4.3V, los resultados del experimento DSC muestran que con el aumento de Ni, la temperatura de descomposición se reduce gradualmente, la liberación de calor aumenta, la estabilidad térmica del material es pobre y, además, el Li que es liberado al mismo potencial es más alto que el bajo El material del cátodo ternario de níquel tiene un alto contenido de Ni4 + y tiene una fuerte reducibilidad, y es propenso a la reacción de oxidación, oxidando así el electrolito, liberando gas y destruyendo la estructura cristalina del material. resultando en el deterioro de la estabilidad.

Noh et al estudiaron las propiedades electroquímicas de níquel-cobalto-manganeso en diferentes proporciones de materiales de cátodos ternarios. Los estudios han demostrado que los picos redox de materiales con bajo contenido de níquel son muy estables durante el ciclo, y los picos redox aumentan con el aumento del contenido de Ni. El material de la serie NCM811 se cicló 100 veces y el voltaje del pico de oxidación se cambió de 3.62V a 3.76V. La curva de voltaje diferencial en la figura siguiente muestra que la estructura cambia de H2 a H3, lo que resulta en una contracción de volumen, que conduce directamente a la disminución de su capacidad. En la actualidad, el ciclo celular de la muestra de producto NCM811 en la prueba es todavía menos de 1500 veces. Hasta cierto punto, la dificultad del material NCM811 en la industria de materiales aún no está bien resuelta.

2. Las propiedades químicas determinan las dificultades de procesamiento.

La dificultad del proceso se debe principalmente a la seria mezcla catiónica provocada por el alto contenido de Ni del propio material, provocando la precipitación del litio, formando sales solubles como el carbonato de litio y el hidróxido de litio en la superficie del material, por lo que El valor de PH del material es alcalino, en la composición. En el proceso, es fácil absorber agua y formar gelatina, lo que afecta el recubrimiento, tiene un control deficiente de la humedad y es difícil de procesar.

Por otro lado, esta reacción química de absorción de agua es irreversible. A medida que se consume el litio de la superficie, hará que se precipite más litio, destruyendo así la estructura del material, provocando una transición de fase irreversible del material y afectando el rendimiento de ciclo tardío de la batería. Actualmente, la comunidad de investigadores está tratando de evitar una mayor precipitación de litio precipitado mediante el recubrimiento de la superficie, como la pasivación de Li2ZrO3 en la superficie del material, o tratando de fortalecer la estructura del material mediante el dopaje catiónico, pero estas prácticas aún son inmaduras en la industria, incluso Algunas empresas están mejorando en este sentido, pero aún no se pueden eliminar.

3. La tecnología no es perfecta, lo que resulta en una liberación lenta de capacidad.

En la actualidad, la investigación de datos de los principales fabricantes de ternarios nacionales Rongbai, Dangsheng, Shanshan y Bamo muestra que se espera que 2018 ~ 2019 tenga una capacidad de producción de 40.000 toneladas, que es mucho más baja que la capacidad de producción actual de NCM523 y NCM622. Se espera que no sea hasta 2020. Con una capacidad de 64.000 toneladas, los proveedores de materiales son más cautelosos en esta respuesta y la capacidad de producción es más lenta.

Conclusión

Aunque el material NCM811 rico en níquel tiene las ventajas de alta capacidad y bajo precio, debido a su estructura corta, como la estructura y las propiedades químicas, su ciclo, estabilidad térmica, seguridad y otros problemas deben optimizarse y estabilizarse aún más, y la celda El fabricante presenta NCM811 al mismo tiempo. ¡También debe ser evaluado completamente y no debe ser emprendedor a ciegas! La promoción y aplicación de materiales NCM811 con alto contenido de níquel requiere una solución sistemática, no solo la innovación de materiales, sino también el lado de la aplicación (proceso de campo, estructura del producto, control ambiental, BMS, etc.) tener un conocimiento profundo del material, Para desarrollar fortalezas y evitar debilidades, aproveche al máximo las ventajas de NCM811.

La página contiene el contenido de la traducción automática.