Üçlü malzemelerin güvenliği nasıl artırılır
Geleneksel olarak üçlü malzemeler dediğimiz şey genellikle nikel kobalt manganez lityum NCM katot malzemelerini ifade eder (aslında anot üçlü malzemeleri de vardır) Ni, Co ve Mn'nin üç metal elementi farklı oranlara göre farklı oranlarda elde edilebilir. Üçlü malzemeler.
Genel formül LiNi1-x-yCoxMnyO2'dir ve ortak oranlar 111,424,523,622,811'dir. Yukarıdaki oranların sırasının N: C: M olduğunu lütfen unutmayın. Çince ve yabancı adlar farklıdır. Ek olarak, NCA materyallerinin genellikle NCM ile birlikte anılmasına rağmen, NCA materyallerinin ikili yüksek Ni materyaller olduğunu ve üçlü materyallerde listelenemeyeceğini söylemek doğru olacaktır.
Üçlü malzemelerin sentez yöntemlerinin karşılaştırılması
Kimyasal birlikte çökeltme yöntemi, doğrudan kimyasal birlikte çökeltme ve dolaylı kimyasal birlikte çökeltme olarak ikiye ayrılır. Genel olarak, kimyasal hammaddeler bir çözelti halinde karıştırılır ve çözeltiye uygun bir çökeltici eklenir, böylece çözeltide karıştırılan bileşenler stokiyometrik bir oranda birlikte çökeltilir veya bir ara ürün önce reaksiyona sokulur ve çözelti içinde çökeltilir. , Sonra kalsine edildi ve ince toz hazırlamak için ayrıştırıldı.
Doğrudan kimyasal birlikte çökeltme yöntemi Li, Ni, Co ve Mn tuzlarını aynı anda birlikte çökeltmek, filtrelemek, yıkamak ve kurutmak ve ardından yüksek sıcaklıkta kavurma yapmaktır. Dolaylı kimyasal birlikte çökeltme yöntemi, önce Ni, Co, Mn üçlü karışık birlikte çökeltme, filtre, yıkama ve kurutma, lityum tuzu ile karıştırma ve sinterleme sentezlemektir; veya filtreleme olmadan Ni, Co, Mn üçlü karışık birlikte çökeltme oluşturmaktır, ancak Lityum tuzu ve karışık birlikte çökeltilmiş çözelti buharlaştırılır veya dondurularak kurutulur ve ardından kurutulmuş ürün yüksek bir sıcaklıkta kavrulur.
Geleneksel katı faz sentez teknolojisi ile karşılaştırıldığında, birlikte çökeltme yöntemi, malzemelerin moleküler veya atomik doğrusallığın stoikiometrik oranına ulaşmasını sağlayabilir.Küçük parçacık boyutu ve homojen karıştırma ile öncü elde etmek kolaydır ve kalsinasyon sıcaklığı daha düşüktür. Düzgün dağıtım, iyi tekrarlanabilirlik, koşulların kolay kontrolü, basit kullanım, ticari üretim bu yöntemi benimser. Ek olarak, katı faz sentezi, sol-jel yöntemi ve benzeri gibi başka yöntemler de vardır.
Üç unsurun rolü, avantajları ve dezavantajları
NCM622 malzeme yapısı diyagramı
3 + Co'nun tanıtımı: katyon karıştırma alanını azaltmak, malzemenin katmanlı yapısını stabilize etmek, empedans değerini azaltmak, iletkenliği artırmak ve döngü ve hız performansını iyileştirmek.
2 + Ni'nin eklenmesi: malzemenin kapasitesini artırabilir (malzemenin hacim enerji yoğunluğunu artırabilir) ve Li ve Ni'nin benzer yarıçapına bağlı olarak, çok fazla Ni, Li ile dislokasyon fenomeni ve lityum tabakası nedeniyle lityum ve nikel karışımına da neden olur. Nikel iyonlarının konsantrasyonu ne kadar yüksekse, katmanlı yapıdaki lityumu arındırmak o kadar zor olur ve bu da zayıf elektrokimyasal performansa neden olur.
Şekil (b), Ni ve Li'nin karışık düzenlemesinin şematik bir diyagramını gösterir.
4 + Mn'nin piyasaya sürülmesi: yalnızca malzeme maliyetini düşürmekle kalmaz, aynı zamanda malzemenin güvenliğini ve stabilitesini de iyileştirir. Bununla birlikte, aşırı derecede yüksek bir Mn içeriği, kolayca bir spinel fazı oluşturacak ve katmanlı yapıyı tahrip ederek kapasiteyi ve döngüyü azaltacaktır.
Üçlü malzeme yüksek PH etkisi?
Hepimiz yüksek Ni üçlü malzemelerin gelecekte yüksek enerji yoğunluklu güç pillerinin uygulama yönü olduğunu biliyoruz, ancak neden iyi kullanılmıyorlar? Bunun en önemli nedenlerinden biri, malzemenin oldukça alkali olması ve bulamacın suyu emdikten sonra kolayca jöleye neden olabilmesidir. Üretim ortamı ve süreç kontrol kabiliyeti gereksinimleri bizim için hiç iyi değil. Yüzeydeki kalıntı alkali içeriğinin azaltılması, bataryalarda üçlü malzemelerin uygulanması için büyük önem taşımaktadır.
Yüksek Ph nereden geliyor? Bunun nedeni, lityum tuzunun üçlü malzemelerin sentezinde aşırı olmasıdır.Yüksek sıcaklıkta kalsinasyondan sonra fazla lityum tuzunun ürünü esas olarak Li oksittir, havadaki H2O ve CO2 ile reaksiyona girerek tekrar LiOH ve Li2CO3 oluşturur ve malzemenin yüzeyinde kalır PH daha yüksektir.
Ayrıca yüksek Ni sistemindeki değerlik dengesi sınırlaması nedeniyle, malzemedeki Ni'nin bir kısmı 3+ şeklinde bulunur ve fazla Li malzeme yüzeyinde kolayca LiOH ve Li2CO3 oluşturur.Ni içeriği ne kadar yüksekse yüzey alkali içeriği o kadar büyük olur. Homojenizasyon ve kaplama işlemi sırasında suyu emmek ve bulamacın jöle benzeri olmasına neden olmak o kadar kolay olur.
Aynı zamanda, bu artık lityum tuzlarının sadece elektrokimyasal olarak aktif olmadıkları, aynı zamanda lityum karbonatın yüksek basınç altında ayrışması nedeniyle akü şarjı ve deşarj sırasında gaz üretimine neden olduğu unutulmamalıdır.
Üçlü malzemelerin PH'ı nasıl azaltılır?
Genel olarak, prekürsörün pH'ı ve üretim ortamı kaynaktan kontrol edilir, lityum tuzu oranı azaltılır ve sinterleme sistemi lityumun kristale hızla yayılmasına izin verecek şekilde ayarlanır. Malzeme su ile yıkanır ve ardından yüzeyde kalan alkali içeriğini azaltmak için tekrar sinterlenir, ancak buna bağlı olarak elektrik özelliklerinin bir kısmı kaybolacaktır. Yüzey kaplama aynı zamanda üçlü malzemelerin yüzeyindeki kalıntı alkali içeriğini azaltmak için etkili bir yöntemdir.
Üçlü malzeme modifikasyon yöntemi?
Malzemeyi elektrolitten mekanik olarak ayırmak, malzeme ile elektrolit arasındaki yan reaksiyonları azaltmak ve metal iyonlarının çözünmesini önlemek için üçlü malzemenin yüzeyini değiştirmek için metal oksitler (Al2O3, TiO2, ZnO, ZrO2, vb.) Kullanın. ZrO2, TiO2 ve Al2O3 oksitler Kaplama, empedansın yükleme ve boşaltma sırasında artmasını önleyebilir ve malzemenin döngü performansını iyileştirebilir.Bunlardan, ZrO2 kaplaması malzemenin yüzey empedansında en küçük artışı sağlar ve Al2O3 kaplaması ilk boşaltma kapasitesini azaltmaz.
Üçlü malzemelerin güvenliği nasıl artırılır?
Üçlü pillerin, özellikle 111 sisteminin üzerindeki üçlü pillerin güvenliği, sektör tarafından rahatsız edildi.Geçen yılın başından beri, üçlü pilleri bastırmak için güç pil yollarının seçimi ve yıl sonunda üçlü piller üzerindeki yasağın kaldırılması. Bunlar, gelecekte güç pilleri için hangi malzeme sisteminin daha güvenli olacağı ile yakından ilgilidir.
Ve NCM'nin enerji yoğunluğu artmaya devam ettikçe, malzemenin termal stabilitesi daha da kötüleşecektir. Aşağıdaki grafik, Ni içeriği arttıkça malzemenin ayrışma sıcaklığının giderek azaldığını göstermektedir.
Üçlü malzemelerin güvenliği nasıl artırılır? Birkaç noktayı kısaca söylemek daha önemlidir. Birincisi, üçlü malzemenin kendisinden:
Seramik alümina ile kaplanan Al2O3, Al-O-F ve Al-F tabakaları oluşturarak batarya sisteminde HF tüketebilir ve şarj voltajı 4,5V'a çıkarılabilir;
Ni içeriğini makul bir aralıkta kontrol edin (811 tabii ki 622'den daha kararsızdır);
Diğer metal elementlerle katkılama (Al, Mg, Ti, Zr) Bu uygun katkı kaplamaları malzemenin yapısal stabilitesini, termal stabilitesini ve döngü stabilitesini iyileştirebilir.
İkinci olarak, batarya sistemindeki diğer malzemelerle işbirliği için çok çalışmak gerekir:
Elektrolite, organofosfor ve florofosfat serisi gibi yüksek kaynama noktası ve parlama noktası olan alev geciktirici katkı maddeleri ekleyin;
Seramik izolasyon membranı seçimi, membran substrat ve kaplamanın kalınlığını arttırır ve yüksek sıcaklık dayanımı ve düşük çekme oranına sahip yeni dokuma olmayan malzemeler kullanır.
Ek olarak, tamamlayıcı avantajlar elde etmek için farklı katot malzemelerinin karıştırılması yaygındır Örneğin, üçlü karışık lityum manganat pil güvenliğini artırır. Ben şahsen ülkede kısa vadede geniş ölçekte uygulanabilecek üçlü malzemenin 622 sistemi olduğuna inanıyorum.NCA'nın kullandığı daha yüksek sistem ve hatta güç batarya sisteminin mevcut yerli teknik seviyesi ile kontrol edilmesi zor.
(Power Battery Network'ün WeChat genel hesabı: sd-dldc)
