Como la densidad de energía de la batería y mejorar el ion de litio, cobaltato de litio materiales tradicionales se han enfrentado condenado, cobalto litio aunque en los últimos años desarrollado una alta presión para obtener una cierta mejora en la capacidad, en comparación con la mayor capacidad para materiales ternarios, y también que no hay mucha ventaja, y con la madurez de NMC alto contenido de níquel y la tecnología NCA, óxido de cobalto de litio rápida pérdida de cuota de mercado es alto contenido de níquel de material ternario generalmente se refiere al contenido de Ni 0,8 NMC y NCA por encima de materiales, la capacidad de material ternario depende principalmente del contenido de elemento de Ni, 200mAh mayor será la capacidad de la mayor contenido de Ni, tal como algunos fabricantes actualmente en el lanzamiento en el mercado de la clase NMC alto contenido de níquel de los materiales, la capacidad específica ha alcanzado / g o más. Sin embargo, ni es un elemento en una ventaja de material a mayor capacidad, mientras que también resulta en disminución de la estabilidad térmica del material, en particular en un alto potencial, NI4 + tiene una oxidación fuerte, material de electrolito que conduce superficie descompuesto, causando una mayor disminución de resistencia y capacidad hacia abajo.
La solución a esta estabilidad principalmente dos: 1) revestimiento de la superficie, por ejemplo revestido con una capa de un óxido cerámico, tal como Al2O3, MgO o la superficie NMC como, no sólo para mejorar la estabilidad del material de interfaz de alta níquel, se puede reducir más basicidad superficie, materiales de alta níquel mejorar la manufacturabilidad en la producción; 2) dopado con elementos tales como los elementos de material de al NCA, aunque no puede participar en la reacción electroquímica de carga y descarga, pero los elementos añadidos de material de al puede ser establemente celosía, mejorar el rendimiento en ciclismo, pero inactivo al elemento de adición en exceso puede afectar la capacidad del material para jugar, con el fin de resolver este problema, Jianguo Duan y otra Universidad del Sur central ha desarrollado una técnica de dopaje graduada, NCA en la preparación de partículas desde el interior hacia fuera, la concentración de al elemento se aumenta gradualmente, la concentración máxima de al en la superficie de las partículas, esta técnica resuelve el problema de no sólo una buena estabilidad de ciclismo de alta níquel material de NCA (1000 ciclos, la tasa de retención de capacidad de 92,4%), NCA también es un buen material para mejorar la alcalinidad gran superficie, fácil de absorber problema del agua.
Es fácil ver desde la introducción anterior la tecnología de gradiente de dopaje para la preparación de material ternario de níquel alto, es una herramienta muy poderosa que no solo puede mejorar la estabilidad superficial del material NCA, sino también a su capacidad un gran impacto. con el fin de resolver el NCA material de alta níquel estabilidad ciclismo, en particular la estabilidad de ciclo a alta temperatura, de alta tensión, etc. CAS Tao Chen con un gradiente en la LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 dopaje la incorporación de una pequeña cantidad de boro, el dopaje gradiente tal que la superficie de las partículas de boro NCA significativamente más altos que el interior de las partículas, de boro la superficie de partículas se enriquece estabilidad buena superficie mejora partículas NCA, reduciendo el ciclo de temperatura El espesor de la película SEI en la superficie de las partículas de NCA reduce la grieta de la partícula inducida por la superficie y mejora el rendimiento de ciclado del material de NCA con alto contenido de níquel.
experimento Tao Chen H3BO3 usado como material de fuente de boro es un gradiente del tratamiento de dopado NCA formando Li'Ni0.8Co0.15Al0.05 '(BO3) x (BO4) yO2-3x-4y (Bx + y-NCA, x + y = 0, 0,01, 0,015, 0,02), imagen SEM muestra el material de precursor figura NCA y una relación de dopaje diferente del elemento B puede verse en la figura, en comparación con ningún material de dopaje NCA (Fig bajo c) después de que el material dopado NCA (principalmente dopado alta proporción B0.015-NCA (Fig bajo e) y B0.02-NCA (Fig bajo f)) partículas más estrechamente primaria depositados superficie de la partícula más claramente (Probablemente causado por la reducción de la sal de litio de descomposición superficial, como LiOH / Li2CO3, etc.).
Key técnica de dopaje graduada es que la palabra 'gradiente', que se elemento de dopado no se pueden incorporar de manera uniforme en las partículas de material en el interior del NCA, de lo contrario se pierde la ventaja tecnológica dopaje graduada. Uso B0.015- de XPS análisis elemental NCA se puede encontrar, a partir de la superficie de las partículas a la capa de partículas núcleo, disminuyendo la concentración del elemento B (panel inferior C), el elemento B es significativamente mayor que la superficie de partículas de núcleo, formando una estructura de gradiente como en la figura d la Fig. análisis XPS también mostró el mismo tiempo, la superficie de partículas NCA elemento de dopado B es significativamente mayor que Ni2 + NCA de material no dopado, una mayor superficie de contenido Ni2 + ayuda a mejorar la estabilidad estructural de la NCA materiales, NCA mejoró material de rendimiento del ciclo.
Buena estabilidad de la superficie se puede mejorar significativamente el rendimiento electroquímico en las baterías de iones de litio material de NCA en la imagen inferior muestra los resultados de las diferentes propiedades electroquímicas NCA B material del elemento de dopado, estos resultados se resumen en la tabla siguiente. De fácil de ver en la siguiente tabla, con el aumento de material de NCA en el elemento B, la capacidad de descarga inicial y de la eficacia culómbica inicial ligeramente disminuye, por ejemplo, la capacidad de descarga inicial no dopado material de NCA es 192.6mAh / g, por primera vez la eficiencia fue 90,7 %, pero el material inicial capacidad de descarga B0.02-NCA solamente 185.9mAh / g, y la eficiencia inicial de sólo el 83,1%, pero la diferencia para compensar la capacidad inicial obtenido en el rendimiento del ciclo, desde b deben ser evidentes en la figura. los elementos dopantes B mejorado significativamente el rendimiento del ciclo de material NCA, ampliación 2C (2.8-4.3V) 200 ciclos, la tasa de retención de capacidad era puro NCA 74,5%, pero el dopado B0.015-NCA y relación de retención de la capacidad B0.02-NCA fue 96,7% y el material de 97,2%, respectivamente, exhibió excelentes características del ciclo.
Con el fin de investigar el rendimiento a largo plazo elemento de dopado ciclo B de NCA, Tao Chen usando un régimen de prueba más exigente, como se muestra en un rango de tensión de 2.8-4.5V, 2C magnificación de 100 ciclos, la capacidad del grupo de control disminuyó 37.2mAh / g, la capacidad B0.015-NCA dopado con boro disminuyó sólo 7.4mAh / g, y en las temperaturas más rigurosas (55 ° C, panel inferior b) prueba de ciclo, esta diferencia es más evidente, lo que indica que Los elementos B dopados en gradiente mejoran significativamente la estabilidad del ciclo de los materiales NCA.
NCA mejorar materiales de rendimiento ciclo, una estabilidad mejorada de interfaz de material / electrolito inseparable, pasa a continuación muestra la morfología de la superficie del electrodo después del ciclo, NCA puede ver el material puro (por debajo de a, b) después de un ciclo, Puesto que el cambio en las grietas de la superficie de partícula de volumen apareció en el ciclo, y la superficie de la partícula está cubierta con una capa gruesa de productos de descomposición del electrolito, y el material dopado con elemento de B que tiene una superficie B0.015-NCA hay ningún cambio significativo en el ciclo, Esto se debe al enlace BO más fuerte, que reduce la generación de grietas. La estructura de superficie más estable del material B0.015-NCA también reduce la descomposición del electrolito.
Tao Chen con unas técnicas de dopaje de gradiente, una buena solución para el material de níquel de alta inestabilidad estructural, pobre problema de estabilidad interfaz enriqueciendo elemento B en la superficie de la partícula resuelto fractura más de partícula de las partículas se produce durante el ciclo y el problema de la descomposición del electrolito, un cambio en la estructura cristalina reduce ciclo de material de NCA, y reducir la polarización de las células disminución caída de tensión significativamente mejorado ciclismo estabilidad del material NCA, especialmente en la alta temperatura dura y alta tensión y similares off Estabilidad circunstancial del medio ambiente. La tecnología de dopado con gradiente de elementos es un método muy eficaz para mejorar el rendimiento del ciclo del material NCA con alto contenido de níquel.
