高镍锂电池微裂纹造成容量衰减

众所周知,镍主要加在锂电池正极材料上,而镍含量过高将会对电池容量产生不利影响,比如应力诱导微裂纹及阳离子混排的产生,导致容量损失。那么高镍锂电池的微裂纹是怎样造成容量衰减的呢?

在充放电的过程中,锂电池正极材料会产生体积效应,Ni含量越高,体积膨胀的比例越大。高镍锂电池充放电时电压不能超过4.1V(相对于Li+/Li),从而保证不发生不可发热逆相变,减小内应力,即产生微裂纹的概率较小。

锂电池图片

当晶体上的裂纹和晶体分离时,会使高镍三元材料正极晶粒承受更大的体积变量。体积循环变动的过程中,一次晶粒内部的晶界之间可能产生裂纹,而晶粒与晶粒之间的额距离也会逐步拉大,出现部分晶粒离开正极独立存在的现象。更多的晶面与电解液接触,形成的SEI膜,不仅消耗了电解质和活性材料,而且阻碍锂离子在电极上的扩散速率。

晶体微裂纹也可能是导电物质重新分布引起的。经历一定周期的循环以后,导电物质会在晶粒表面重新分布或者有一部分将脱离活性物质晶体,这使得整个晶体的各个部分及动力学环境发生了改变,进而造成晶体裂纹。

抑制微裂纹的产生,能减弱单体电压范围内的相变趋势。目前主要以下几个方向进行改进:

1)抑制阳离子混排的镁离子掺杂,包含镁离子的晶格,膨胀的方向大体一致,可以起到抑制微裂纹的作用;

2)将NCM811材料制备成内部均匀嵌入Li2MnO3结构单元的两相复合材料,可以减弱体积变化。

 

 

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