高鎳三元給正極帶來的影響

不同比例NCM材料的優(yōu)勢不同，可以根據(jù)具體的應(yīng)用要求加以選擇。Ni表現(xiàn)高的容量，低的安全性;Co表現(xiàn)高成本，高穩(wěn)定性;Mn表現(xiàn)高安全性、低成本。要想提高電池的能量密度，提升車輛續(xù)駛里程，當前主流觀點是在高鎳方向上，提高高鎳三元的安全性達到車輛使用要求。在三元及前文提及的磷酸鐵鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰等成熟商用技術(shù)路線以外，也存在著鋰硫電池，鋰空氣電池以及全固態(tài)電池等多個技術(shù)方向，但都距離成熟商用還比較遠。

三元鋰電池的電化學性質(zhì)和安全性主要取決于微觀結(jié)構(gòu)(顆粒形態(tài)和體積結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性)

和物理化學性質(zhì)(Li+擴散系數(shù)、電子傳導率、體積膨脹率和化學穩(wěn)定性)的影響。

Ni增加使循環(huán)性能變差;熱穩(wěn)定性變差;充放電過程中表面反應(yīng)不均勻;反應(yīng)產(chǎn)物中存在大比例的Ni2+，導致材料呈氧化性，緩慢氧化電解質(zhì)，過程中放出氣體。

4.高鎳循環(huán)性能問題

隨著鎳含量的提高，正極材料的穩(wěn)定性隨之下降。主要表現(xiàn)形式就是循環(huán)充放電的容量損失和高溫環(huán)境容量加速衰減。

4.1循環(huán)中的容量衰減機理

循環(huán)過程中存在的容量衰減因素主要有陽離子混排、應(yīng)力誘導微裂紋的產(chǎn)生、生產(chǎn)過程引入雜質(zhì)、導電炭黑的重新分布等,其中以陽離子混排和微裂紋的產(chǎn)生兩個因素對容量衰減的作用最為顯著。

陽離子混排，指二價Ni離子本身體積與鋰離子近似，在放電時鋰離子大量脫出的時候，受到外界因素作用，占據(jù)Li離子晶格中位置的現(xiàn)象。離子的錯位，帶來晶格類型的改變，其嵌鋰能力也隨之改變。在充放電過程中，正極材料表面脫嵌鋰的壓力最大，速度最快，因此表面常常因為這種陽離子混排帶來表面晶格的變化，這個現(xiàn)象又被叫做表面重構(gòu)。Ni含量越高，三價不穩(wěn)定Ni離子還原成二價Ni離子的概率就越高，則發(fā)生陽離子混排的機會就越多。另外兩種金屬Mn和Co，雖然也存在混排的可能性，但與Ni相比，則比例小得多。