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高镍材料的循环衰减问题

作者 liliu1989
来源: 小木虫 1900 38 举报帖子
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因为自身较高的克容量和比较成熟的合成工艺,三元材料,尤其是高镍的层状材料(NCM/NCA)系列备受关注。今后的高能量密度的电池中必不可少要用到NCM811等相对Ni含量较高的材料。但是较高的Ni含量也引发了高镍材料的很多问题。其中比较严重的就是与低Ni的材料相比,循环的稳定性明显变差。
希望大家来讨论一下,高Ni材料的循环衰减的主要原因,如果可以附上相关文献(一定要靠谱哦)更好。
抛砖引玉:
1. 离子混排相的存在以及循环中越来越多的过渡金属进入Li层
Scientific Reports,7 (2017)1408
2.循环过程中晶格结构发生剧烈的膨胀收缩,造成颗粒破裂,内阻升高
Chem. Mater. 2016, 28, 162-171.
3. 界面反应/寄生反应:高价态的Ni 加剧了电解液的分解以及副反应
Journal of The Electrochemical Society, 162 (7) A1401-A1408 (2015)
4.表面重构:颗粒表面会向NiO相转变,失去电化学活性(有些学者也认为NiO具有脱嵌Li的能力,有待大家讨论)
ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 1297-1308.                                   


大神们认为主要的影响因素是哪个或者哪一些呢?工业界有没有比较有效的解决方案或者思路?
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  • 精华评论
  • liliu1989

    引用回帖:
    9楼: Originally posted by 1414170193 at 2017-09-19 11:09:53
    表面,随着循环的进行表面NiO层和尖晶石相层逐渐加厚
    ...

    所以您认为是表面重构为主要原因,请问表面相变的快慢有哪些影响因素呢?Ni含量,氧缺陷,还是界面反应呢?这一点我一直不是很明白

  • liliu1989

    引用回帖:
    10楼: Originally posted by 1414170193 at 2017-09-19 11:13:50
    NiO不是电子和锂离子绝缘吗?
    ...

    之前都是这么认为的,但是也有人认为NiO具有一定的电化学活性,还可以有一定的pillar effect。还有文章通过预循环来制造cation mixing(Enhancement on the Cycling Stability of the Layered Ni-Rich Oxide Cathode by In-Situ Fabricating Nano-Thickness Cation-Mixing Layers),仅供参考

  • liliu1989

    A New Coating Method for Alleviating Surface Degradation of
    LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Cathode Material: Nanoscale Surface Treatment of
    Primary Particles 关于混排相的保护作用,大家可以看看这篇文献

  • Phys_Xu

    引用回帖:
    5楼: Originally posted by liliu1989 at 2017-09-18 18:40:31
    有没有相关文献推荐?偏析这个说法最近好像在哪里看到过 但是一晃而过 没有好好看
    ...

    尺度更“宏观”的
    高镍材料的循环衰减问题
    Metal segregation in hierarchically structured cathode materials for high-energy lithium batteries

  • liliu1989

    引用回帖:
    15楼: Originally posted by Phys_Xu at 2017-09-19 15:15:43
    尺度更“宏观”的

    Metal segregation in hierarchically structured cathode materials for high-energy lithium batteries...

    表面Ni-poor Mn-rich的材料确实很有利于循环,韩国人做的很多concentration gradient的材料都是在说这一点~

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