走进三元材料电池技术与应用.ppt

走进三元电池材料应用技术姓名 邓邦为培养单位 成都有机所专业 锂离子电池电极材料制备与应用 纲要 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 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 2 三元材料电池特性 2 1三元材料特性 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 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 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 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 2 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 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 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 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 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 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 4 动力电池发展趋势 4 3特斯拉Tesla 2013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