高镍锂电池阳离子混排致容量衰减

任何事物都是有两面性,并不是有利的物质越多越好,好比如三元锂电池的镍含量。镍含量适当时,其能提高电池储锂空间,反之,超过临界值时,锂电池容量反而会衰减,那容量衰减原理是什么呢?

锂电池在循环过程中会产生阳离子混排、应力诱导微裂纹的现象,是导致容量衰减的主要原因。本文主要为大家介绍阳离子混排现象。

锂电池图片

阳离子混排

由于二价镍离子与锂离子的体积差不多大,因此在放电时锂离子大量脱出的时候,二价镍离子占据锂离子晶格位置。而离子的错位,引起结构改变,其嵌锂能力也随之改变。在充放电过程中,常常会出现表面重构的现象,原因是正极材料表面脱嵌锂的压力最大,速度最快,阳离子出现混排导致表面晶格发生改变。

镍含量越高,三价镍离子易被还原成二价,则发生阳离子混排的概率越大。抑制阳离子混排,主要从以下几个角度考虑:

1.采取措施减少二价镍离子的生成,从根本上截断发生混排的根源;

2.掺杂镁离子,其能够比镍更先抢占锂留下的空位,避免了镍的进入。虽然镁离子不参与充放电过程,但对材料结构起到支撑作用。

3.调整镍与锂的摩尔比以及调整制备工艺,将原材料对阳离子混排的影响降低。

事实上,除了镍离子会影响锂的空间外,还有少量的钴离子、锰离子及生产正极材料时引入的杂质。在正极材料制备过程中,原料会与空气中水和二氧化碳等发生反应,生成碳酸锂等物质,其将会在循环过程分解产生气体,吸附于材料的表面造成活性物质与电解液的接触不佳,极化增大,循环性能也随之恶化。

 

 

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