鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：2238次 | 2022年01月04日
正極成膜添加劑提升NCM111材料循環(huán)壽命
NCM111材料是常用的三元材料之一，它被廣泛的應(yīng)用在電動工具和電動汽車等領(lǐng)域。NCM111材料由鎳、鈷、錳三種過渡金屬元素組成，三者的摩爾比例為1：1：1，分子式為LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2。
Mn元素的加入不僅降低了材料的成本，也提高了材料的工作電壓。但是NCM111材料還面對著容量衰降快的問題，這很大的程度上是由于NCM材料中的過渡金屬元素溶解造成的，溶解的過渡金屬元素不僅會導(dǎo)致正極材料的結(jié)構(gòu)遭到破壞，還會吸附于負(fù)極表面造成SEI膜的破壞，并催化電解液分解，從而造成電池整體性能的下降。
為了防止NCM111材料性能過快衰降，提高電池的循環(huán)壽命，人們提出了多種方法，例如材料顆粒表面包覆Al2O3，AlpO4等材料，防止電解液和正極材料直接接觸。
也有在材料中添加少量其他元素，提高材料自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，例如Al、Mg、Cr等。近來大家開始關(guān)注正極成膜添加劑，通過在電解液中添加成膜添加劑，例如VC、FEC等添加劑，在正極的表面形成一層保護(hù)層，即能允許Li+通過，也能防止正極材料和電解液直接接觸，抑制過渡金屬元素的溶解，可以明顯的提高材料的壽命。
近日，德國明斯特大學(xué)的YunxianQian等人根據(jù)上述理論，針對性的開展了添加劑對提高NCM111材料循環(huán)壽命的影響的研究。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
實(shí)驗(yàn)中采用的NCM111材料為市場上可以購買的商業(yè)產(chǎn)品，電解液采用了重量比為3：7的的EC和EMC混合溶劑，鋰鹽則采用了常見的LipF6，分別向電解液中添加了VC，F(xiàn)EC和EC三種添加劑，用于研究其對提升NCM111材料循環(huán)壽命的用途。實(shí)驗(yàn)分別采集了三個(gè)階段的樣本：激活，并循環(huán)5次;激活，并循環(huán)100次;激活，并循環(huán)150次。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加VC和FEC的樣品，相比于空白對照組和添加EC的組，首次放電容量有了顯著的提升，達(dá)到121mAh/g，而空白組和添加EC的樣品，首次放電容量僅為118和108mAh/g，在循環(huán)150次后這種差距更為明顯，添加FEC的樣品，容量達(dá)到114mAh/g，而其他幾個(gè)對照組，剩余容量不足80mAh/g。
掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過150次循環(huán)后，空白組，VC組和EC組在電極表面形成了一層厚厚的電解液分解產(chǎn)物，也就是我們所說的正極界面膜，EDX分析發(fā)現(xiàn)，界面膜的重要成分為碳、氧、氟和硫，表明這正是由電解分解出現(xiàn)的Li2CO3、LiF和無定形碳等成分。
這層界面膜的持續(xù)上升，會造成電極阻抗新增，活性物質(zhì)之間的接觸電阻新增，并阻礙鋰離子的擴(kuò)散，造成電池容量的衰降。
而對FEC組的分析發(fā)現(xiàn)，其表面并沒有厚重的正極界面膜出現(xiàn)，結(jié)合前面電化學(xué)測試的中FEC良好的容量保持率，表明持續(xù)新增的正極界面膜是造成NCM容量衰降的重要原因。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
通過分析正極界面膜的厚度可以幫助我們更清楚的了解這一過程，分析發(fā)現(xiàn)，空白組的電極經(jīng)過150次循環(huán)后，在正極表面形成了一層4.0nm的pEO，而pEO為電解液溶劑分解的產(chǎn)物。
而添加VC組，在經(jīng)過100次循環(huán)后，pEO厚度僅1nm，但是當(dāng)100-150次，pEO的厚度快速新增，達(dá)到2.9nm，這也和容量在100次以后快速衰降相一致。
而ES組，則在界面膜中發(fā)現(xiàn)LiF新增速度很快，使得大量的Li被固定到了界面膜中，這也是造成容量衰降的重要原因。
而FEC組的電解液分解就要明顯少于其他對照組，循環(huán)100此后，pEO厚度僅為0.7nm，循環(huán)150次，厚度僅為0.8nm。
該項(xiàng)研究表明，關(guān)于NCM材料正極成膜添加劑，能否形成穩(wěn)定的正極界面膜是考察該添加劑有效性的重要依據(jù)。YunxianQian等人的研究表明，F(xiàn)EC是一種非常有效的正極成膜添加劑，添加FEC，可以有效的抑制正極界面膜的厚度持續(xù)新增，而且其成膜的重要成分為LiF，F(xiàn)EC還能夠減少電解液分解，有效的提高NCM材料的循環(huán)壽命。
