環(huán)境濕度對(duì)鋰電池高鎳正極材料的影響是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-03-10 09:45
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對(duì)于鎳基材料，顆粒表面會(huì)發(fā)生自發(fā)反應(yīng)，Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i2+，釋放O2-，當(dāng)鎳含量高的材料（NMC622、NMC811、NCA等）暴露在空氣中時(shí)，更容易吸收空氣中的二氧化碳和水。
這樣在顆粒表面形成Li2CO3和LiOH層，材料中Ni比例高，PH值也越高，而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li，又不具備電化學(xué)活性，因此會(huì)造成容量衰減，而且顆粒表面致密的Li2CO3層阻礙Li的擴(kuò)散，影響電池性能。LiOH也會(huì)與PVDF和LiPF6反應(yīng)，對(duì)電池工藝和性能產(chǎn)生不利影響。
材料與空氣的反應(yīng)會(huì)在原材料保存、電極制備、極片存儲(chǔ)等整個(gè)過程進(jìn)行，因此，對(duì)于高鎳材料，從原材料到整個(gè)電池生產(chǎn)過程都需要嚴(yán)格的環(huán)境控制，特別是水分控制。如果水分與材料已經(jīng)發(fā)生了反應(yīng)，通過常規(guī)的干燥過程根本無法再次去除水分的影響，電極漿料的制備、極片制造等環(huán)節(jié)都需要在干燥環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，一般地，高鎳正極電池的生產(chǎn)過程都需要露點(diǎn)-30℃環(huán)境。
如果高鎳正極材料顆粒表面吸收空氣中的水分，反應(yīng)產(chǎn)生了LiOH，這就會(huì)對(duì)極片制造工藝過程產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在高鎳正極漿料制備過程中，PVDF溶解于NMP中，材料表面的堿性基團(tuán)會(huì)攻擊相鄰的C-F、C-H鍵，PVDF很容易發(fā)生雙分子消去反應(yīng)，會(huì)在分子鏈上形成一部分的碳碳雙鍵。
當(dāng)PVDF內(nèi)雙鍵増加時(shí)，其粘結(jié)力也會(huì)増加，這會(huì)導(dǎo)致漿料粘度増加，甚至漿料形成凝膠狀態(tài)。因此，高鎳正極漿料在制備和涂布過程，環(huán)境濕度對(duì)其影響巨大，如果再工藝過程中吸水反應(yīng)，特別容易造成漿料性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致極片制造過程出現(xiàn)品質(zhì)不穩(wěn)定，工藝一致性差等問題，形成凝膠漿料時(shí)，甚至涂布過程無法進(jìn)行。
而且，當(dāng)PVDF內(nèi)雙鍵増加導(dǎo)致粘結(jié)力増加時(shí)，極片脆性増加特別容易發(fā)生斷裂，極片輥壓、分切等工藝收放卷過程中，極片斷裂造成工藝過程無法進(jìn)行。如果電池是方形卷繞工藝，在卷芯拐角處會(huì)造成極片斷裂或者掉料的情況。
LiOH會(huì)與Al箔發(fā)生反應(yīng)，Al被腐蝕之后，機(jī)械強(qiáng)度降低，電池電化學(xué)性能和安全性都會(huì)受到影響，而且箔材被腐蝕表面性質(zhì)變化，涂層剝離強(qiáng)度會(huì)降低，極片的機(jī)械性能和電性能都會(huì)受到影響。
此外，LiOH也會(huì)與LiPF6反應(yīng)，消耗電解液中的Li離子，產(chǎn)生HF氣體，它可以使電池內(nèi)部的金屬零件腐蝕，進(jìn)而使電池最終漏液。而且HF破壞SEI膜，會(huì)與SEI膜主要成分持續(xù)發(fā)生反應(yīng)。
