環(huán)境濕度對鋰電池高鎳正極材料的影響

1、環(huán)境濕度對鋰電池高鎳正極材料的影響指出在國家重點研發(fā)計劃“新能源汽車”重點專項的支持 下，寧德時代、天津力神、國軒高科等幾只團隊，已經(jīng)基本 實現(xiàn)了 300 瓦時/公斤動力電池的研發(fā)，具體考核指標為： 電池單體能量密度300Wh/kg，循環(huán)壽命1500 次，成本0.8 元/Wh，安全性等達到國標要求。這三個團隊目前基本上采用的技術路線大同小異，均為正極高鎳三元，負極是硅碳。 高鎳正極配硅碳負極已經(jīng)被行業(yè)內(nèi)公認為高比能量鋰離子動力電池的技術路線。而高鎳正極面臨很多問題，其中原材 料的保存、電池生產(chǎn)環(huán)境要求高是巨大的挑戰(zhàn)。本文簡單總 結(jié)下環(huán)境因素，特別是濕度對高鎳正極材料特性的影響，理 解錯誤之處請

2、大家批評指正。對于鎳基材料，顆粒表面會發(fā)生自發(fā)反應，Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i2+，釋放 O2-，當鎳含量高的材料（NMC622、NMC811、NCA 等）暴露在空氣中時，更容易吸收空氣中的二氧化碳和水， 發(fā)生如下反應：這樣在顆粒表面形成 Li CO 和 LiOH 層，材料中 Ni 比例23高，PH 值也越高，而 Li CO 和LiOH 消耗了材料中的 Li，又23不具備電化學活性，因此會造成容量衰減，而且顆粒表面致密的 Li CO 層阻礙 Li 的擴散，影響電池性能。LiOH 也會與23PVDF 和LiPF6 反應，對電池工藝和性能產(chǎn)生不利影響。材料與空氣的反應會在原材料保存、電極制備、極片存 儲等

3、整個過程進行，因此，對于高鎳材料，從原材料到整個 電池生產(chǎn)過程都需要嚴格的環(huán)境控制，特別是水分控制。如 果水分與材料已經(jīng)發(fā)生了反應，通過常規(guī)的干燥過程根本無 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) 都需要在干燥環(huán)境內(nèi)進行，一般地，高鎳正極電池的生產(chǎn)過 程都需要露點-30環(huán)境。如果高鎳正極材料顆粒表面吸收空氣中的水分，反應產(chǎn) 生了 LiOH，這就會對極片制造工藝過程產(chǎn)生嚴重的影響。在高鎳正極漿料制備過程中，PVDF 溶解于 NMP 中，材料表面的堿性基團會攻擊相鄰的 C-F、C-H 鍵，PVDF 很容易發(fā)生雙分子消去反應，會在分子鏈上形成一部分的碳碳雙鍵，反應如下：當 PVDF 內(nèi)

4、雙鍵増加時，其粘結(jié)力也會増加，這會導致漿料粘度増加，甚至漿料形成凝膠狀態(tài)。因此，高鎳正極漿 料在制備和涂布過程，環(huán)境濕度對其影響巨大，如果再工藝 過程中吸水反應，特別容易造成漿料性質(zhì)發(fā)生變化，導致極 片制造過程出現(xiàn)品質(zhì)不穩(wěn)定，工藝一致性差等問題，形成凝 膠漿料時，甚至涂布過程無法進行。而且，當 PVDF 內(nèi)雙鍵増加導致粘結(jié)力増加時，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 程中，極片斷裂造成工藝過程無法進行。如果電池是方形卷 繞工藝，在卷芯拐角處會造成極片斷裂或者掉料的情況。LiOH 會與 Al 箔發(fā)生如下反應：6OH-+2Al+6H O6OH-+2Al(OH) +3H232

5、Al 被腐蝕之后，機械強度降低，電池電化學性能和安全性都會受到影響，而且箔材被腐蝕表面性質(zhì)變化，涂層剝離 強度會降低，極片的機械性能和電性能都會受到影響。此外，LiOH 也會與 LiPF6 反應，消耗電解液中的 Li 離子，產(chǎn)生 HF 氣體，它可以使電池內(nèi)部的金屬零件腐蝕，進而使電池最終漏液。而且 HF 破壞 SEI 膜，會與 SEI 膜主要成分持續(xù)發(fā)生反應：ROCO Li + HF ROCO H + LiF22Li CO+ 2HF H CO+ 2LiF2323最后，在電池內(nèi)部產(chǎn)生 LiF 沉淀，使鋰離子在電池負極片發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的化學反應，消耗活性鋰離子，電池的能量 就減少了。高鎳材料吸收水分反應產(chǎn)物 Li CO 在充電狀態(tài)的高電位23下容易分解產(chǎn)生 CO2 氣體，造成電池鼓包漏液問題。當材料吸收的水分足夠多時，產(chǎn)生的氣體多，電池內(nèi)部的壓力就會