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王海燕:高鎳正極材料及其鋰電池技術有望趕超世界先進水平

日期:2021-04-16 16:23:29530標簽:國際新聞

“電性能、循環壽命、成本、比功率、比能量和安全性是評價鋰離子電池正極材料應用潛力的重要因素?!?strong>中南大學教授王海燕表示,高鎳三元正極材料的產能和市場占比正不斷提升,是未來幾年最具潛力的鋰離子電池高能量密度正極材料。

4月15日,在山東棗莊高新區召開的2021第二屆下一代電池技術與市場應用研討會上,王海燕發表了題為《高鎳三元正極材料面臨的挑戰及性能提升策略》的主題演講,分享了高鎳三元正極材料面臨挑戰、性能提升策略、產業化應用等,電池網選取了其部分精彩觀點,以饗讀者:

“2020年,我國新能源汽車銷量136.7萬輛,新能源汽車的不斷發展對鋰離子電池能量密度、成本和安全性提出了更高的要求,而正極材料在鋰離子電池中占據著極其重要的位置?!痹谕鹾Q嗫磥?,高鎳三元材料優勢顯著,其中NCM811和NCA的單體能量密度能達到300Wh/kg以上,比較適合目前工業化體系,是目前設計高比能鋰離子電池的首選正極材料。

同時,從NCM111到NCM811,在相同的能量密度下Co的使用量從0.4Kg/kWh下降至0.09Kg/kWh,能有效降低材料的成本!

但是,高鎳三元材料產業化發展存在諸多瓶頸:循環穩定性差、存儲與使用對環境要求高、安全性能差等。王海燕舉例說,陽離子混排嚴重、晶格畸變和微裂紋、晶格釋氧、界面副反應和電解液分解、表面殘余堿含量高、熱效應都會影響高鎳三元材料的安全性。

對此,王海燕建議,可通過使用B摻雜或優化材料制備方法,改性材料表面一次顆粒的微結構,在材料表面形成一層致密層,減少電解液在材料表面向內部的擴散,能有效抑制電解液對材料內部結構的腐蝕,提高材料內部結構穩定性。

此外,還可以通過調控材料合成方法,制備暴露更多優勢晶面的單晶材料,利用優勢晶面的高穩定性,進一步提高材料的電化學和熱力學性能;通過控制前驅體合成過程,先制備高鎳前驅體,然后再在其表面包覆一層低鎳材料,使材料形成一種內核高鎳、外殼低鎳的核殼高鎳材料;通過在高鎳材料表層構筑一層巖鹽層也有利于提高材料結構和界面穩定性。

在高鎳三元正極材料的產業化發展趨勢方面,王海燕認為,主要有單晶化方向和超高鎳方向。其中,單晶化的優勢是更穩定的界面有利于抑制過渡金屬溶出,均勻的應力分布減緩微裂紋,更短的鋰離子擴散距離,更優異的倍率和循環性能;缺陷是產業化路線暫不成熟,前驅體要求高。超高鎳方向的優勢一是隨著Ni含量越來越高,容量越高,價格越便宜;二是燒結溫度隨Ni含量升高而降低,成本降低。但超高鎳材料制備工藝更復雜,水分和CO2控制等儲存和運輸條件更苛刻,鎳含量在90%以上的正極材料研究目前停留在實驗室研究階段。

王海燕總結說,通過材料本體設計及合適的元素摻雜和表面界包覆技術,有望很好解決高鎳正極材料存在的循環穩定性差和安全性差等問題;先進材料制備技術及電池生產加工工藝對高鎳材料的規?;瘧糜蟹浅V匾挠绊?;以高鎳材料為正極,硅基材料為負極匹配的高能鋰離子電池或固態電池在今后相當長的一段時間內,仍是產業界和學術界的研究重點;國家政策的大力扶持和行業資源的大量投入,我國的高鎳正極材料及高鎳鋰電池技術有望趕超世界先進水平。


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