PH值對(duì)高鎳三元材料的影響？

我們都知道，高鎳三元材料是現(xiàn)在高能量密度動(dòng)力電池應(yīng)用重點(diǎn)方向之一，可是高鎳三元材料有什么問(wèn)題呢？這其中一個(gè)最重要的原因就是材料堿性大，漿料吸水后極容易造成果凍。對(duì)其生產(chǎn)環(huán)境和工藝控制能力的要求十分嚴(yán)格，我們很難達(dá)到表準(zhǔn)。降低表面殘堿含量對(duì)于三元材料在電池里的應(yīng)用具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

高PH值的來(lái)源是什么？這是因?yàn)槿牧虾铣蛇^(guò)程中，鋰鹽不可避免要過(guò)量，多余的鋰鹽在高溫環(huán)境中，煅燒后的產(chǎn)物主要是鋰的氧化物，與空氣中的H2O和CO2反應(yīng)再次生成LiOH和Li2CO3，殘留在三元材料表面，使材料的pH值比較高。

此外，在高鎳體系中，由于化合價(jià)要保持平衡，使材料中有一部分鎳以3+的形式存在，而多余的鋰在材料表面易形成LiOH和Li2CO3，鎳含量越高則表面含堿量越大，在勻漿和涂布過(guò)程中越容易吸收水分造成漿料形成果凍狀。

同時(shí),值得注意的是殘留的鋰鹽不僅會(huì)造成電化學(xué)活性較大,而且因碳酸鋰等在高壓下分解導(dǎo)致電池充放電過(guò)程中電池的產(chǎn)氣現(xiàn)象。

如何降低三元材料的PH？

一般工業(yè)生產(chǎn)，從生產(chǎn)源頭來(lái)控制三元材料前驅(qū)體的PH和生產(chǎn)環(huán)境，降低鋰鹽比例，控制燒結(jié)制度，讓鋰能快速擴(kuò)散到晶體內(nèi)部。對(duì)三元材料進(jìn)行水洗，然后二次燒結(jié)降低表面殘堿含量，但相應(yīng)的會(huì)損失一部分電性能。表面包覆也是降低三元材料表面殘堿含量的有效方法。

三元材料改性方法？

用金屬氧化物(如Al2O3，TiO2，ZnO，ZrO2等)包覆三元材料表面，使材料與電解液機(jī)械分開(kāi)，減少材料與電解液副反應(yīng)，進(jìn)一步抑制金屬離子的溶解。Al2O3，TiO2，ZnO和ZrO2氧化物的包覆能阻止充放電過(guò)程中阻抗變大，提高電池的循環(huán)性能，其中ZrO2的包覆造成的材料表面阻抗增大幅度最小，而Al2O3的包覆并不會(huì)降低初始放電容量。

如何提高三元材料的安全性？

三元鋰電池特別是111體系以上的三元電池安全性一直困擾著電池界，從16年初開(kāi)始的動(dòng)力電池路線選擇壓制三元電池，以及年末對(duì)三元電池的解禁。這些都和今后動(dòng)力電池使用哪個(gè)材料體系更加安全息息相關(guān)。尤其今年夏天，不少新能源汽車著火，更引起業(yè)界的關(guān)注。

而且隨著NCM三元電池能量密度的不斷提高，材料的熱穩(wěn)定性會(huì)越來(lái)越差。下圖表述的是隨著鎳含量的升高材料的分解溫度逐漸下降。

如何提高三元材料的安全性？簡(jiǎn)單總結(jié)一下比較重要的的幾個(gè)方面。

一、從三元材料的本身特性來(lái)進(jìn)行改性：

進(jìn)行陶瓷氧化鋁的包覆，Al2O3可以形成Al-O-F和Al-F層從而消耗電池體系中的HF，使電池的充電電壓可以提高到4.5V；

控制三元材料鎳的含量在合理的范圍(811當(dāng)然比622更不穩(wěn)定)；

進(jìn)行摻雜其它金屬元素(Al、Mg、Ti、Zr)這些適當(dāng)?shù)膿诫s包覆可以提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及循環(huán)的穩(wěn)定性等。

二、在和電池體系中其它材料的配合上進(jìn)行研究：

在電解液中加入高沸點(diǎn)和閃點(diǎn)的阻燃添加劑，常見(jiàn)的有機(jī)磷、氟代磷酸酯等系列；

陶瓷隔離膜的選擇，可以考慮進(jìn)一步提高隔膜基材和涂層的厚度，使用新型的耐高溫收縮率低的無(wú)紡布材料等。

三、常見(jiàn)的還有不同正極材料的混合使用，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果，比如三元材料混合錳酸鋰改善電池的安全性。