При непрерывном улучшении плотности энергии литий-ионных батарей традиционный литий-оксидный материал из кобальта сталкивается с судьбой того, что его устраняют. Хотя высоковольтный оксид лития кобальта, разработанный в последние годы, был увеличен по мощности по сравнению с более высокой мощностью Тернарные материалы не имеют большого преимущества, и с постепенной зрелостью высокомолекулярной технологии NMC и NCA доля рынка оксида лития на кобальте быстро теряет высоколегированный тройной материал, как правило, относится к содержанию Ni 0,8 Вышеуказанные материалы NMC и NCA, емкость тройного материала зависят в основном от содержания элементов Ni, тем выше содержание Ni будет более высокой, например, некоторые производители на рынке сегодня представили материал с высоким содержанием никеля NMC, удельная мощность достигла 200 мАч / г или более. Но элемент Ni в материале, который приносит большую емкость, но также приводит к снижению тепловой стабильности материала, особенно при высоком потенциале, Ni4 + имеет сильное окисление, в результате чего электролит в материале Декомпозиция поверхности, вызывающая снижение мощности и внутреннее сопротивление.
В основном это два способа решения этой проблемы: 1) Поверхностное покрытие, такое как покрытие слоя керамического оксида, такого как Al2O3, MgO на поверхности NMC, может не только улучшить межфазную стабильность высоконикелевых материалов, но и уменьшить Поверхностная щелочность для улучшения обрабатываемости высококачественных никелевых материалов при производстве: 2) легирование элементов, например, Al-элементов в материале NCA, хотя они не могут участвовать в электрохимической реакции заряда и разряда, добавление элемента Al может стабилизировать материал Решетка, чтобы повысить производительность циклов материалов, но чрезмерное добавление нереактивных элементов Al повлияет на способность материала играть, чтобы решить эту проблему, Jianguo Duan, Central South University, такой как разработка технологии градиентной допинга при подготовке NCA Изнутри наружу частиц концентрация Al постепенно возрастает, а концентрация Al на поверхности частицы является самой высокой. Эта технология не только решает проблему устойчивости к циклированию материала с высоким содержанием никеля NCA (1000 циклов, 92,4% удерживания мощности) NCA также является хорошим материалом для улучшения щелочности поверхности, проблем с водой.
Легко видеть из вышеприведенной технологии градиентного легирования для получения тройного материала с высоким содержанием никеля, является очень мощным инструментом, который может не только улучшить стабильность поверхности материала NCA, но также и не его емкость Большое влияние. Чтобы решить проблему стабилизации никелевых материалов NCA с высоким циклом, особенно при проблемах с высокой цикличностью при высоких температурах и высоком напряжении, Chen Tao, CAS и др. Использование технологии градиентного легирования в LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 Включение небольшого количества элемента бора, технология градиентного легирования делает элемент борного элемента поверхности NCA значительно выше, чем внутренняя частица, частицы частиц NCA, обогащенные частицами частиц бора, улучшают стабильность поверхности, уменьшая процесс циклирования высокой температуры Толщина пленки SEI на поверхности частиц NCA уменьшает поверхностную трещину частиц и улучшает характеристики циклирования высоконикелевого материала NCA.
В эксперименте Дао Чен использовал H3BO3 в качестве источника бора для материала NCA градиентного процесса с образованием Li'Ni0,8Co0,15Al0,05 '(BO3) x (BO4) yO2-3x-4y (Bx + y-NCA, x + y = 0, 0,01, 0,015, 0,02). СЭМ-изображение материала NCA с различными коэффициентами легирования предшественника и различных элементов B можно увидеть на рисунке ниже. По сравнению с нелегированным материалом NCA (рисунок c) После легирования материала NCA (главным образом, более высокое отношение легирования B0.015-NCA (нижняя панель e) и B0.02-NCA (нижняя панель f)), упаковка первичных частиц более компактна, а поверхность частиц более четкая (Вероятно, это вызвано уменьшением поверхностного разложения литиевой соли, такого как LiOH / Li2CO3 и т. Д.).
Градиентная допинговая технология ориентирована на слово «градиент», то есть легирующие элементы не могут быть равномерно включены в частицы NCA внутри или потерять технические преимущества градиентного легирования. Использование XPS на B0.015- Элементарный анализ NCA показывает, что концентрация элемента B постепенно уменьшается с поверхности частицы до ядра частицы (c), а элемент B в поверхностном слое значительно выше, чем у ядра частицы, чтобы сформировать структуру, изменяющую градиент Анализ XPS также показал, что Ni2 + на поверхности частиц NCA, легированных элементом B, был значительно выше, чем у NCA без легирования, а более высокое содержание Ni2 + на поверхности частиц NCA помогло улучшить структурную стабильность материала NCA и улучшить NCA Производительность материала.
Хорошая стабильность поверхности может значительно улучшить электрохимические свойства материалов NCA в литий-ионных батареях. На приведенном ниже графике показаны электрохимические характеристики NCA, легированных различными элементами B. Результаты также суммированы в следующей таблице. В приведенной ниже таблице легко видеть, что начальная емкость разряда и эффективность кулоновской эффективности в первый раз незначительно уменьшаются с добавлением элементов В в материале NCA. Например, материал NCA без легирования имеет начальную разрядную емкость 192,6 мАч / г и первый КПД 90,7 %, Но начальная емкость разряда материала B0.02-NCA составляет всего 185,9 мАч / г, первая эффективность составляет всего 83,1%. Но первоначальный разброс пропускной способности в характеристиках цикла был скомпенсирован, что хорошо видно на рисунке b Допинг элемента B заметно улучшил характеристики цикличности материала NCA. Цикл 200 раз NC (200-4,3 В) проводился в 200 раз, а удержание емкости чистого NCA составляло всего 74,5%. Однако допинг B0.015-NCA и Сохранение емкости материала B0.02-NCA составило 96,7% и 97,2% соответственно, что демонстрирует отличные характеристики езды на велосипеде.
Чтобы исследовать долговременные характеристики циклов NCA, легированных B-элементами, Tao Chen использовал более строгий режим испытаний, как показано на рисунке a, с напряжением 2,8-4,5 В в диапазоне 100 циклов при скорости 2C 37,2 мАч / г, тогда как емкость B0.015-NCA, легированная бором, уменьшилась только на 7,4 мАч / г, тогда как эта разница стала более выраженной при более высокой температуре (55 ° C, нижняя панель b) Элементы, легированные градиентом B, значительно улучшают циклическую стабильность материалов NCA.
Улучшение производительности технологического цикла NCA не может быть отделено от улучшения стабильности интерфейса материала / электролита, следующий рисунок показывает морфологию поверхности электрода после цикла, после цикла вы можете увидеть чистый материал NCA (a, b ниже) Поверхность частиц трещит из-за изменения объема в циркуляции, а поверхность частиц покрыта толстым электролитическим продуктом разложения. Однако поверхность B0.015-NCA, легированная элементами B, не изменяется, очевидно, после циркуляции, Это связано с более сильной связью БО, что уменьшает образование трещин. Более устойчивая структура поверхности материала B0.015-NCA также уменьшает разложение электролита.
Дао Чен Градиентная методика допинга является хорошим решением проблемы неустойчивости и плохой межфазной стабильности материалов с высоким содержанием Ni. Это хорошее решение трещин частиц, которые происходят во время циклического процесса, путем обогащения большего количества элементов B на поверхности частиц И декомпозиция электролита и другие проблемы для уменьшения изменения кристаллической структуры материала NCA, уменьшения поляризации батареи и распада напряжения значительно улучшают стабильность цикла материала NCA, особенно при высоком напряжении отсечки и высокой температуре и других жестких Обстоятельная устойчивость окружающей среды. Технология градиентного легирования элемента является очень эффективным методом для улучшения характеристик цикла материала с высоким содержанием никеля NCA.
