导致三元材料倍率性能差异的主要原因是什么你知道吗？
来源：宝鄂实业
2019-05-08 21:30
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引起相同组分三元材料倍率性能差异的原因主要有材料的粒径、形貌、锂化配比、煅烧气氛等。
粒径小的材料比表面积较大，材料与电解液的接触面积较大，同时锂离子的扩散路径变短，有利于大电流密度下锂离子在材料的嵌脱，因此小粒径材 料的倍率性能较好。
要得到小粒径的三元材料，需要用小粒径的前驱体煅烧;或将大粒径的三元材料破碎成小颗粒后进行煅烧。2 形貌
不同形貌的三元材料倍率性能不同，疏松多孔的形貌有利于电解液的浸润，缩短锂离子的扩散路径，所以倍率性能好于密实的形貌。疏松多孔的三元 材料SEM如图(a)所示。密实的三元材料SEM
三菱化学用MCC方法制备出一种内部为多孔结构的三元材料，如图(a)所示。图中左边为常规共沉淀法制备的材料，可见材料内部密实无孔洞。图 中右边为MCC法制备的材料，其内部有大量孔隙。两种材料的倍率性能见图(b)，可看出内部有孔隙的材料倍率性能明显优于内部密实的材料。
三菱化学不同倍率性能产品对比3 锂化配比
锂化配比会影响材料的倍率性能。美国Argonne实验室对比了锂化配比相差0.05的两个样品的倍率性能，结果如图所示，图中“x=0”表示样品分子 式分为:Li1.0(Mn4/9Co1/9Ni4/9)O2;“x=0.05”表示样品分子式为:Li1.05(Mn4/9Co1/9Ni4/9)0.95O2。
从图中可以看出，在低倍率下(C/12)两种样品的容量无差别，但随着充放电倍率的增大，高锂化配比的样品倍率性能明显好于低锂化配比的样 品。研究人员认为高锂化配比材料倍率性能优异的原因是其具有较高的电子电导率。
不同锂化配比的三元材料倍率性能对比4 煅烧气氛
煅烧气氛分别为氧气和空气。从图中可以看出，在0.1C和0.2C情况下，空气气氛和氧气气氛材料并无明显差别，但随着倍率的上升，氧气气氛下煅 烧的材料倍率性能优于空气煅烧的材料。且五种不同组分的材料都有相同的变化趋势。但气氛对不同组分的材料影响效果略有差异。研究人员认为氧 气气氛减少了材料的阳离子混排，从而使材料拥有较好的倍率性能。
经过最近几年的淘汰，当前动力电池市场上，主流的正极材料只剩下锰酸锂，磷酸铁锂和三元锂三种。它们各有所长，又有自己的缺点。随着市场的 发展，技术的进步，新材料的诞生，升级和淘汰仍然在进行中。
正极材料的安全性，能量密度和功率密度是当前不同车型对锂电池类型做出取舍的基本依据。
1 对正极材料的基本要求
能够得到广泛应用的正极材料，必须满足下列要求。
第一，材料自身电位高，这样才能与负极材料之间形成较大的电位差，带来能量密度高的电芯设计;同时带电离子嵌入脱出对电极电位影响小，则充 放电过程，不会有过大的电压波动，不会给系统内的其他电气带来不利影响。
第二，材料含锂量高且锂离子嵌入脱嵌可逆。这是高容量的前提。有些正极材料，理论容量很高，但是有一半的锂离子，第一次嵌入以后就失去了活 性。这样的材料，是无法投入商用的。
首先，电芯设计中正极材料用量远远大于负极材料的容量，会提高热失控风险。一般的正极材料，锂离子含量都会大于负极材料离子容量，目的是提 高电池的功率特性和循环性。但过多的锂离子存储于正极结构中，当外部保护电路失灵，电池发生过充时，容易引发事故。过充，负极材料结构中已 经充满了锂离子，再没有位置容纳更多。但正极中多余的锂离子仍然会在外加电压的驱使下，向负极聚集。造成大量锂离子在负极表面沉积，形成锂 单质结晶。活泼的锂单质遇到高温会剧烈反应;或者单质量过大，则会刺穿隔膜，造成内短路，给电池带来燃爆风险。
其次，材料的热稳定温度越高，说明材料的氧化能力越弱，材料越安全，如下面表格所示，自上而下，越来越安全。正极材料长期浸泡在电解液中， 表面的保护膜并不能像负极一样，起到很好的保护作用。因此，确保正极材料与电解液不发生反应的因素主要依靠正极材料自身的热稳定性和与电解 液的相容性
