走进三元材料电池技术与应用

关于走进三元材料电池技术与应用

三元材料电池介绍1

三元材料电池特性2共沉淀法制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O23动力电池发展趋势4纲要第2页,共17页，2024年2月25日，星期天

1.三元材料电池介绍三元材料是指镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2），三元复合正极材料前驱体等产品。其通式为Li（NixCoyMnz）O2，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成，产品为黑色粉末，其含有镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。可用于小型电池和动力电池中。三元材料因兼有LiNiO2和LiCoO2的优点，且价格便宜，合成容易，被认为是最有可能取代目前商用LiCoO2的新型正极材料，也是现今锂离子电池研究的一大热点。第3页,共17页，2024年2月25日，星期天可通过调节过渡金属Ni、Co、Mn的比例，制备出不同性能的LiNi1-x-yCoxMnyO2，常见的比例有333,442，532等。

1.三元材料电池介绍第4页,共17页，2024年2月25日，星期天

2.三元材料电池特性2.1三元材料特性第5页,共17页，2024年2月25日，星期天磷酸铁锂体系锰酸锂体系三元体系Wh/kg/Wh/dm3

2.三元材料电池特性2.2能量密度优势突出第6页,共17页，2024年2月25日，星期天

2.三元材料电池特性2.3安全性问题问题三元动力电池安全性与LFP和LMO相比较为薄弱，如大容量三元电池的过充，针刺难以通过，这是三元应用最大的障碍。分析1.镍含量高2.材料整体活性高3.析氧温度4.体系匹配性5.使用条件对策材料选择：如111，具有最为稳定的层状结构方案设计：掺杂锰电池设计：面密度，隔膜选择（陶瓷隔膜）4.使用条件：限制电压第7页,共17页，2024年2月25日，星期天2.4三元材料的不足

2.三元材料电池特性(1)由于阳离子混排效应以及材料表面微结构在首次充电过程中的变化，造成NMC的首次充放电效率不高，首效一般都小于90%；

(2)三元材料电芯产气较严重，高温存储和循环性还有待提高；

(3)锂离子扩散系数和电子电导率低，使得材料的倍率性能不是很理想；

(4)三元材料是一次颗粒团聚而成的二次球形颗粒，由于二次颗粒在较高压实下会破碎，从而限制了三元材料电极的压实，这也就限制了电芯能量密度的进一步提升。第8页,共17页，2024年2月25日，星期天2.5三元材料的改性

2.三元材料电池特性掺杂NMC的杂原子掺杂既可以在前驱体共沉淀阶段进行湿法掺杂，也可以在烧结阶段进行干法掺杂。阳离子等价态掺杂阳离子不等价态掺杂掺杂价态更低的离子会导致过度元素的价态升高，即产生空穴，改变材料的能带结构，大幅提高材料的电子电导。等价态掺杂后不会改变原来材料中原子的化合价，但是一般可以稳定材料结构，扩展离子通道，提高材料的离子电导率。阴离子掺杂技术阴离子掺杂多见于F–取代Ｏ2-，通过氟离子体相掺杂可以使材料的结晶度更好，从而增加材料的稳定性。第9页,共17页，2024年2月25日，星期天2.5三元材料的改性

2.三元材料电池特性氧化物：MgO、Al2O3、ZrO2和TiO2等非氧化物：AlPO4、AlF3、LiAlO2、LiTiO2表面包覆第10页,共17页，2024年2月25日，星期天

2.三元材料电池特性无机物表面包覆主要是使材料与电解液机械分开从而减少材料与电解液副反应，抑制金属离子的溶解，优化材料的循环性能。无机物包覆还可以减少材料在反复充放电过程中材料结构的坍塌，对材料的循环性能是有益的。NMC的表面包覆对降低高镍三元材料表面残碱含量是比较有效的。没有完美的材料，没有完美的工艺，只有依靠不断优化和技术进步来解决三元材料所面临的问题。2.5三元材料的改性第11页,共17页，2024年2月25日，星期天Ni、Co、Mn离子混合液沉淀剂沉淀反应（PH、T、搅拌速度）陈化、洗涤、过滤、干燥前躯体混合、球磨烧结、粉碎分级LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2锂源3.共沉淀法制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2最早由Ohzuku于2001年制备得到第12页,共17页，2024年2月25日，星期天

4.动力电池发展趋势4.1日产Leaf目前全球销量最大的纯电动汽车——日产Leaf，其正极材料为LMO掺LNO材料，能量密度~140wh/kg。完全充电的情况下，2012款能实现160公里以上的巡航里程。类别容量极正负极混合动力4.2Ah89%LMO-11%LNOHC纯电动33.1Ah89%LMO-11%LNONG-core第13页,共17页，2024年2月25日，星期天4.2通用volt

4.动力电池发展趋势美国通用沃蓝达（volt）所采用的动力电池为混合型，含22%的三元材料。电池组采用“T”型设计，由300多个3V单体锂离子电池组成第14页,共17页，2024年2月25日，星期天

4.动力电池发展趋势4.3特斯拉Tesla2013年第一季度，特斯拉卖出4750辆，并宣布公司实现盈利，成为全世界最畅销的纯电动车，一时成为全球瞩目的焦点，采用的也是三元材料电池。2015年北京国际电动车技术展示交易会随着技术进步，NCM三元材料锂离子动力电池是未来发展的重要方向。第15页,共17页，2024年2月25日，星期天