(圖片來源:WMG)
眾所周知,在
電池制造過程中,很多正極材料都具有濕敏性。然而,隨著高鎳
電池組件日益普及,華威大學(WMG)的研究人員發(fā)現(xiàn),儲存和加工正極的條件越干燥,電池的性能表現(xiàn)越好。
現(xiàn)在高鎳電池在全球范圍內(nèi)越來越受歡迎,越來越多的汽車公司開始考慮將其應用于電動汽車。然而,高鎳正極材料的反應性強,在潮濕環(huán)境下不穩(wěn)定,對提供最佳電池性能來說,如何儲存這種材料具有重要意義。
據(jù)外媒報道,華威大學的研究人員提出一種儲存高鎳正極的最佳方法,以緩解鋰離子電池過早降解現(xiàn)象。他們將高鎳正極材料NMC-811置于不同溫度和濕度環(huán)境下,然后進行為期28天的測量,以評估材料性能及其在電池中的降解情況,同時結(jié)合物理、化學和電化學測試方法對其進行分析,其中包括使用高分辨率顯微鏡,從微米和亞微米層面識別在充放電過程中電池發(fā)生的形態(tài)和化學變化。
研究人員探討包括真空烘干、暴露濕度和控制措施在內(nèi)的儲存條件;同時通過尋找表面雜質(zhì)(包括碳酸鹽和水),發(fā)現(xiàn)有三個過程可能導致雜質(zhì)產(chǎn)生:1.合成過程中未反應前驅(qū)體的殘留雜質(zhì);2.更高的表面碳酸鹽/氫氧化物平衡覆蓋率(用于在合成過程后穩(wěn)定富鎳材料表面);3.在常溫儲存期間形成的雜質(zhì)。
他們發(fā)現(xiàn),與對照組相比,在所有條件下(烘干和暴露),第一次放電的比容量和循環(huán)性能都較差。然而,測試顯示,在常溫濕度環(huán)境中暴露28天后,電池中的鋰離子會與水和CO2發(fā)生反應,并形成碳酸鋰和氫氧化物。
在材料老化過程中,由于劣質(zhì)離子和電子導電性較差,以及活性粒子電絕緣,在NMC-811表面形成的碳酸鹽和氧化物會導致電化學性能下降,因此它們不能再可逆儲存鋰離子來傳遞“電荷”。掃描電子顯微鏡(SEM)分析顯示,經(jīng)過28天的常溫暴露,這些凝聚粒子上會出現(xiàn)粒間孔隙和微裂紋。
研究人員得出結(jié)論,最佳條件是在-45°C左右的露點下進行干燥儲存和加工,以提供最佳電池性能。在制造過程中,濕度環(huán)境和接合處的暴露點會導致材料和組件受到影響,使電池壽命縮短。華威大學的Mel Loveridge博士表示:“這些措施具有重要意義,可以提高電池加工能力,使其最終保持性能水平,對NCA材料等其他富鎳系統(tǒng)也很重要。”
華威大學的Louis Piper教授表示:“在全球研究工作中,有很多研究將繼續(xù)集中在這些材料上,包括如何保護其表面,避免將其植入電極前發(fā)生寄生反應。”
(責任編輯:子蕊)
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