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如何提高電池能量密度?且看NCA正極材料

來源: | 作者:admin | 分類:新聞 | 時間:2016-06-30 | 瀏覽:11627
文章頂部
(文/尋風)隨著松下采用新型正負極材料,18650型電池的容量先后增加到了3.4Ah和4.0Ah,體積能量密度則分別提高到了730和800Wh/L。

  因此率先進行產品性能提升和下一代產品技術積累的公司,將有望在未來市場競爭中取得技術優勢。

  如何提高提高能量密度

  目前提高鋰離子電池能量密度的途徑有以下幾種:

  1.減薄殼體,集流體,隔膜,增加電極壓實密度,減少粘結劑和導電劑使用量,提高活性物質在電極中的含量;

  但是相應的會帶來一些風險:薄的殼體會使電池安全性降低,集流體使電極容易發生斷裂,薄的隔膜導致的安全性的降低等,增加電極壓實密度則可能導致吸液率降低及極片變脆等。

  2.將高容量低壓實的材料與高壓實的材料混合形成復合材料體系,提高復合材料體系的壓實密度。

  3.選擇具有高比容量的正負極材料或是高電壓平臺的正極材料

  如用高Ni的NCM或NCA材料取代常規NCM材料,用LMFP材料代替LFP


  高比容量正負極材料及高電壓正極材料

  4.之前文章提到的高容量的SiC負極(戳此查看),今天主要聊聊NCA材料

  目前LiNi0.8Co0.15Al0.05O2.已經產業化,容量為190mAh/g左右,500次循環保持率在90%以上。

  NCA生產合成工藝

  a.制備Ni1-xCox(OH)2,表面包覆Al(OH)3,最后與Li鹽混合燒結制備NCA;

  b.直接采用N i/C o/A l鹽共沉淀制備Ni1-x-yCoxAly(OH)2,然后與Li鹽混合燒結制備NCA;

  c.制備Ni1-xCox(OH)2,然后與Al(OH)3,Li鹽一起混合燒結制備NCA。

  a和c方案Al元素分布不均勻,表層Al含量偏高,形成惰性層,降低最終產品容量,工藝復雜,成本高。

  b方案Al元素可以均勻分布,產品性能更加優異,流程簡單、成本低,但前驅體的制備技術難度更大。

  目前Tesla電池的正極材料供應商日本住友已完成了Ni含量在85%~88%的新組分NCA的開發,較常規的N i含量為80%~85%的NCA材料,其能量密度又提升了5%。

  韓國主要采用的是Ni1-xCox(OH)2工藝路線,在火法階段將Al源和鋰源一起混合燒結制備NCA正極材料。

  NCA存在的問題

  1.合成困難

  NCA中的Ni為+3價,合成的前軀體原料為+2價,Ni2+氧化成為Ni3+,Ni3+很不穩定,高溫合成升高溫度可以提高Ni2+氧化成為Ni3+的轉化率,但由于Ni3+很不穩定,溫度太高又導致Ni3+的分解。

  2.合成成本高

  對于普通三元材料,生產過程中只需要空氣氣氛,而NCA需要純氧氣氣氛,純氧的成本較高,且對制造氧氣生產供應設備要求極高。

  3.吸水性強

  Ni3+很不穩定,在有H2O存在下,

  LiNiCoAlO2 + H2O→NiO + LiOH + O2

  LiOH + CO2 →Li2CO3

  Li2CO3 + HF →LiF +CO2

  由于存在以上反應,導致NCA表面堿性很高,在配料涂布極易出現果凍狀。

  因此產線需要在10%左右濕度下生產和存儲。

  4.電池安全性

  高Ni體系滿電狀態下的熱穩定性差,導致電池的安全性下降,需配合電芯體系(如高安全性隔膜,采用18650等圓柱體系)、BMS等進行配套優化設計

  NCA主要供應商

  1.進口的有日本化學,戶田和住友金屬,JFE,ECOPRO和GS等企業生產;

  2.國內的有當升,格林美,寧波金和,天驕,科隆,貝特瑞等小批量生產;

  3.前驅體供應商:國內主要有:金瑞,邦普,華友,天驕等。

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