鋰電池正極材料熱失控的真正原因是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2020-02-09 10:58
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以特斯拉為代表的電動汽車競相運用NCA、NCM811或NCM622高鎳三元資料作為鋰離子電池正極資料，然而這種高鎳層狀的正極資料存在安全性的問題，加拿大光源儲能組的周霽罡博士以及化學成像線站的王建博士與廈門理工大學的路密副教授，初次將雜亂復合電極熱失控前后的相散布進行單個電極顆粒層面的成像，并將多種相別離現(xiàn)象在熱失控前后的相關性進行了納米級其他可視化，發(fā)現(xiàn)熱失控可能與導電劑以及粘結(jié)劑的散布出現(xiàn)親近的相關性。
以NCA、NCM811或NCM622為代表的高鎳層狀正極的鋰離子電池具有高容量、低成本、環(huán)境危害小的優(yōu)點，現(xiàn)在以特斯拉為代表的電動車競相運用。
然而采用高鎳層狀的正極存在安全性的問題，尤其是高溫下層狀資料分化開釋氧氣會引發(fā)熱失控，然后導致電池燃燒爆炸。從基礎理論的視點考慮，深入了解固態(tài)電極在熱失控下的相別離關于從根本上解決該類資料本征上的穩(wěn)定性缺陷具有重要的意義。
從實用化的視點考慮，研討相別離在實踐多孔復合電極中的行為，并將其與正極資料的尺度效應、晶面調(diào)控以及外表鈍化膜的相關性對應，是將基礎研討與實踐使用相結(jié)合的理想方法。然而這一設想必須有先進的表征手法才能夠完成。
加拿大光源儲能組的周霽罡博士以及化學成像線站的王建博士與廈門理工大學的路密副教授親近合作，立異性地將具有元素及軌跡選擇性、化學與電子結(jié)構(gòu)敏感性的透射X光掃描顯微技能(PEEM)用于研討熱失控下鈷酸鋰層狀電極顆粒在多孔電極中相別離中的行為。該工作以 Chemical Communications封底的形式作為研討亮點報道。
經(jīng)過原位研討，作者第一次將雜亂復合電極熱失控前后的相散布進行單個電極顆粒層面的成像，并將多種相別離現(xiàn)象在熱失控前后的相關性進行了納米級其他可視化。熱失控前后相別離在單個電極顆粒層面出現(xiàn)出超乎猜測的不均勻化。這種不均勻化與顆粒尺度、晶面結(jié)構(gòu)相關性不顯著，但與導電劑以及粘結(jié)劑的散布出現(xiàn)親近的相關性。
這是初次完成同一顆粒在熱失控前后相別離的納米可視化，并將其與其電極環(huán)境進行相關化。這種手法關于進一步加深了解層狀資料的熱失控行為意義重大，合適推廣到其他電極系統(tǒng)用于研討熱失控下的反應機理、衰減機理等領域。
文章首要利用PEEM的元素敏感性關于電極成分，包含鈷酸鋰、PVdF以及導電炭黑的散布進行納米級其他成像。
在熱失控前，導電劑和粘結(jié)劑混合均勻呈共存聚會模式，但這種聚會在鈷酸鋰顆粒外表以及顆粒間的散布是不均勻的。熱失控后PVdF熱分化顯著，而導電炭黑仍以聚會的形式不均勻地散布在鈷酸鋰外表。PEEM能夠到達100nm的空間分辨率，而且能夠?qū)?0um的電極外表成像。高空間分辨率以及大成像區(qū)間完成了對多顆粒的高分辨率成像。鈷酸鋰顆粒的描摹尺度在熱失控前后的成像能夠用來研討同一電極顆粒的熱失控行為。
相別離成像是對每一像素單元鈷元素的吸收光譜運用單一相，包含Co2+(熱失控開釋氧構(gòu)成的相)、Co3+(LCO)或Co3.5+(正常滿充電的LCO)的光譜分化擬合。相別離的高度不均勻性在圖c和d得到很好體現(xiàn)。假如將相別離圖與得到的元素散布圖對應能夠看出這種相別離在熱失控前后都與導電炭黑的散布具有極大的相關性。
熱失控顯著減小了相別離的尺度，與以往文獻中對非同一電極顆粒經(jīng)過化學充電后熱失控成像研討得到的定論不同，該工作關于實踐電極中電化學充電同一顆粒的熱失控進行，表明電極顆粒描摹、大小以及晶面取向?qū)ο鄤e離的影響都遠遠小于顆粒環(huán)境，尤其是導電劑的影響。
