研究探讨高镍正极储存条件 以提供最佳电池性能

2020-11-23 18:31:33  阅读 35 次 评论 0 条

今日汽车讯 众所周知,在电池制造过程中,很多正极材料都具有湿敏性。然而,随着高镍电池组件日益普及,华威大学(WMG)的研究人员发现,储存和加工正极的条件越干燥,电池的性能表现越好。

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(图片来源:WMG)

现在高镍电池在全球范围内越来越受欢迎,越来越多的汽车公司开始考虑将其应用于电动汽车。然而,高镍正极材料的反应性强,在潮湿环境下不稳定,对提供最佳电池性能来说,如何储存这种材料具有重要意义。

据外媒报道,华威大学的研究人员提出一种储存高镍正极的最佳方法,以缓解锂离子电池过早降解现象。他们将高镍正极材料NMC-811置于不同温度和湿度环境下,然后进行为期28天的测量,以评估材料性能及其在电池中的降解情况,同时结合物理、化学和电化学测试方法对其进行分析,其中包括使用高分辨率显微镜,从微米和亚微米层面识别在充放电过程中电池发生的形态和化学变化。

研究人员探讨包括真空烘干、暴露湿度和控制措施在内的储存条件;同时通过寻找表面杂质(包括碳酸盐和水),发现有三个过程可能导致杂质产生:1.合成过程中未反应前驱体的残留杂质;2.更高的表面碳酸盐/氢氧化物平衡覆盖率(用于在合成过程后稳定富镍材料表面);3.在常温储存期间形成的杂质。

他们发现,与对照组相比,在所有条件下(烘干和暴露),第一次放电的比容量和循环性能都较差。然而,测试显示,在常温湿度环境中暴露28天后,电池中的锂离子会与水和CO2发生反应,并形成碳酸锂和氢氧化物。

在材料老化过程中,由于劣质离子和电子导电性较差,以及活性粒子电绝缘,在NMC-811表面形成的碳酸盐和氧化物会导致电化学性能下降,因此它们不能再可逆储存锂离子来传递“电荷”。扫描电子显微镜(SEM)分析显示,经过28天的常温暴露,这些凝聚粒子上会出现粒间孔隙和微裂纹。

研究人员得出结论,最佳条件是在-45°C左右的露点下进行干燥储存和加工,以提供最佳电池性能。在制造过程中,湿度环境和接合处的暴露点会导致材料和组件受到影响,使电池寿命缩短。华威大学的Mel Loveridge博士表示:“这些措施具有重要意义,可以提高电池加工能力,使其最终保持性能水平,对NCA材料等其他富镍系统也很重要。”

华威大学的Louis Piper教授表示:“在全球研究工作中,有很多研究将继续集中在这些材料上,包括如何保护其表面,避免将其植入电极前发生寄生反应。”

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