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韩国电池研究中心对于811容量衰减的机理研究
2019-06-26 18:46作者:管理员 来源:未知

 

 
1、导语
 
 

随着三元高镍材料越来越普及,从NMC523到NMC622再到NMC811,锂电强国中日韩对于高镍材料研究的趋势越加增多,本文就对于韩国成均馆大学联合电池研究中心针对811电池循环容量衰减的机理研究来给大家提供研究的一个思路。

 
 
2、主要研究内容
 
 

2.1、全电池设计

项目

 

材料厂家

电池容量

230mAh

 

正极配比

NMC811SPbinder=95:2:3

GS Energy

正极片数

4

 

负极

石墨:(SBRCMC=96:4

贝特瑞高容量石墨

负极片数

5

 

隔膜

16µm

Toray聚乙烯

面密度

9.5~15.3mg/cm2

 

电解液

1mol LiPF6,ECEMC=3:7

未透露

CB比

1.07

 

2.2 电性能表征

下图显示的0.2C(46mA)下,起始的容量为230mAh,在100cycles,200cycles,和300cycles的循环容量保持率为89.9%,86.1%,和83.7%。在早期的循环由曲线可见循环衰减的速度比较快,图C上可见是由NMC811半电池100,200,300圈经过拆解后0.2C充放电曲线,由此可见,在循环次数增加的同时极化也在增加,图d可见随着循环次数的增加正极放电容量逐步降低,循环100,200和300的容量保持率为96.8%,94.8%,93.0%。

2.3材料表征分析

XRD分析

图a所示在3.98V以上,由于相变,峰向着更大的角度移动达到4.2V,原位x射线衍射(XRD)分析表明,高镍阴极材料在锂离子脱出和嵌入后的结构降解不明显。体系中Ni的含量在循环时基本保持不变,说明Ni的溶解对阴极的降解影响有限。

SEM分析

从SEM图析来看,循环1,100,200,和300圈循环后电镜的图形来看,(从图a-图d)电极形貌无明显差异,(从图e-图d)中同样的比较了横断面的图像,也无明显差异。然而从(图i-图L)阴极材料的高倍率截面来看随着循环次数的增加,裂纹明显增加。为了验证测试,下面对阴极材料的动力学性能进行测试。

动力学性能分析

阴极粒子的压缩应力-位移曲线,由循环电极得到。在试验的初始阶段,随着压缩力的增大,位移迅速增大。之后,观察到位移的缓慢增长。最后,颗粒在临界点处破碎,在几乎恒定的应力下,位移急剧增加。在前50个循环中,颗粒的抗压强度突然下降,然后下降速度变慢。这些力学测试结果表明了阴极的粒子强度与容量衰减之间的关系。在室温下,阴极在满电池中循环时,活性物质粒子的强度影响阴极的电化学性能。随着循环的进行,高含镍颗粒在Li的脱出和嵌入过程中受到机械应力。全电池第一次循环后得到的阴极内部压力最低,循环100 ~ 300次的阴极之间的压力差相对较小。在全电池循环的第一阶段,电解质可以渗透到阴极粒子的微裂纹中,从而削弱了初级粒子之间的结合强度。与电解质界面面积的增加可能导致的副反应,从而促进容量衰减。随着循环的进行,越来越多的新鲜阴极表面逐渐暴露在电解液中,阴极的容量逐渐减小。

 
 
3、总结
 
 

制备了NCM811/石墨叠片电池,并在室温下循环300次。经过1,100、200和300次循环,每个完整的电池被拆卸,并反向分析阴极。半电池评价显示第一个循环后的高放电容量为208.4mAh/g,300个循环后的容量保持率为93.0%。高镍二次颗粒在循环过程中微裂纹的形成明显增加。阴极材料的颗粒强度测试结果表明,经过全电池循环后,二次颗粒的机械强度明显减弱。微裂纹引起的界面面积的增大可能会引起阴极材料与电解质之间的不良反应,从而导致容量衰减。因此,在材料烧结制备过程中应进一步研究二次颗粒,减少阴极与电解液的副反应,从而得到更好的电池性能。

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