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環(huán)境濕度對(duì)鋰離子電池高鎳正極材料的影響是什么?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1279次  |  2020年09月03日  

關(guān)于鎳基材料,顆粒表面會(huì)發(fā)生自發(fā)反應(yīng),Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i2+,釋放O2-,當(dāng)鎳含量高的材料(NMC622、NMC811、NCA等)暴露在空氣中時(shí),更容易吸收空氣中的二氧化碳和水。


這樣在顆粒表面形成Li2CO3和LiOH層,材料中Ni比例高,PH值也越高,而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li,又不具備電化學(xué)活性,因此會(huì)造成容量衰減,而且顆粒表面致密的Li2CO3層阻礙Li的擴(kuò)散,影響電池性能。LiOH也會(huì)與PVDF和LiPF6反應(yīng),對(duì)電池工藝和性能出現(xiàn)不利影響。


材料與空氣的反應(yīng)會(huì)在原材料保存、電極制備、極片存儲(chǔ)等整個(gè)過(guò)程進(jìn)行,因此,關(guān)于高鎳材料,從原材料到整個(gè)電池生產(chǎn)過(guò)程都要嚴(yán)格的環(huán)境控制,特別是水分控制。假如水分與材料已經(jīng)發(fā)生了反應(yīng),通過(guò)常規(guī)的干燥過(guò)程根本無(wú)法再次去除水分的影響,電極漿料的制備、極片制造等環(huán)節(jié)都要在干燥環(huán)境內(nèi)進(jìn)行,一般地,高鎳正極電池的生產(chǎn)過(guò)程都要露點(diǎn)-30℃環(huán)境。


假如高鎳正極材料顆粒表面吸收空氣中的水分,反應(yīng)出現(xiàn)了LiOH,這就會(huì)對(duì)極片制造工藝過(guò)程出現(xiàn)嚴(yán)重的影響。在高鎳正極漿料制備過(guò)程中,PVDF溶解于NMP中,材料表面的堿性基團(tuán)會(huì)攻擊相鄰的C-F、C-H鍵,PVDF很容易發(fā)生雙分子消去反應(yīng),會(huì)在分子鏈上形成一部分的碳碳雙鍵。


當(dāng)PVDF內(nèi)雙鍵増加時(shí),其粘結(jié)力也會(huì)増加,這會(huì)導(dǎo)致漿料粘度増加,甚至漿料形成凝膠狀態(tài)。因此,高鎳正極漿料在制備和涂布過(guò)程,環(huán)境濕度對(duì)其影響巨大,假如再工藝過(guò)程中吸水反應(yīng),特別容易造成漿料性質(zhì)發(fā)生變化,導(dǎo)致極片制造過(guò)程出現(xiàn)品質(zhì)不穩(wěn)定,工藝一致性差等問(wèn)題,形成凝膠漿料時(shí),甚至涂布過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。


而且,當(dāng)PVDF內(nèi)雙鍵増加導(dǎo)致粘結(jié)力増加時(shí),極片脆性増加特別容易發(fā)生斷裂,極片輥壓、分切等工藝收放卷過(guò)程中,極片斷裂造成工藝過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。假如電池是方形卷繞工藝,在卷芯拐角處會(huì)造成極片斷裂或者掉料的情況。


LiOH會(huì)與Al箔發(fā)生反應(yīng),Al被腐蝕之后,機(jī)械強(qiáng)度降低,電池電化學(xué)性能和安全性都會(huì)受到影響,而且箔材被腐蝕表面性質(zhì)變化,涂層剝離強(qiáng)度會(huì)降低,極片的機(jī)械性能和電性能都會(huì)受到影響。


此外,LiOH也會(huì)與LiPF6反應(yīng),消耗電解液中的Li離子,出現(xiàn)HF氣體,它可以使電池內(nèi)部的金屬零件腐蝕,進(jìn)而使電池最終漏液。而且HF破壞SEI膜,會(huì)與SEI膜重要成分持續(xù)發(fā)生反應(yīng)。


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