结构坍塌过充对NMC532材料结构的影响.PDFVIP

结构坍塌？过充对NMC532材料结构的影响 链接：/tech/120594.html 来源：新能源Leader 结构坍塌？过充对NMC532材料结构的影响 近年来随着电动汽车市场的逐步扩大，电动汽车开始越来越频繁的出现在我们的日常生活之中，作为与我们生命财 产安全密切相关的产品，电动汽车动力电池的安全性就显得尤为重要。动力电池在出厂前都需要满足过充、过放、针 刺和短路等严苛的安全测试，以保证动力电池在使用中的安全可靠。 在目前的锂离子电池设计中，电池中所有的Li元素都是由正极提供，充电的时候Li从正极脱出，嵌入到负极之中， 放电的过程恰好相反。在正常的情况下，我们会将正极的脱锂量控制在一个合理的范围内，既能充分发挥正极材料的 潜力，又不会引起正极结构的坍塌，从而保证锂离子电池的安全性和循环寿命。但是在特殊情况下，例如BMS损坏、 故障等，会导致锂离子电池发生过度充电，从而引发安全问题和电池性能损伤。 一般我们认为在过度充电的情况下，锂离子电池内部会发生一下反应：1）电解液分解，过度充电导致正极电势持 续升高，当正极电势高于4.5V时，常规的有机碳酸酯类电解液就开始分解，造成安全问题；2）负极析Li，在锂离子 电池设计时负极容量都会高于正极，我们称之为冗余或NP比，通常而言负极容量会比正极高10-30%。但是在过充时 ，正极会脱出过量的Li，从而超出负极的容量，导致金属Li在负极表面析出，这不仅仅会导致电池性能损坏，严重的 情况下还会导致内短路的发生，引起安全事故；3）正极材料的结构坍塌，目前锂离子电池主流的三元材料和LCO材 料等都属于层状结构，其理论容量可达270mAh/g，但是其中仅有部分Li能够可逆脱出，例如对于LCO材料，可逆容量 大约为140mAh/g，继续脱出Li会导致正极材料的层状结构失去支撑，发生结构坍塌，从而导致正极材料失效。 针对层状结构的正极材料在过充中会发生结构破坏的问题，美国阿贡国家实验室、桑迪亚国家实验室和橡树岭国家 有像我们想象的那样发生了结构坍塌，而是维持了层状结构，但是在正极表面形成了一层含有较多C和O的电解液分 解产物。同时还发现在过充后，负极SEI膜消耗了较多的Li，并且部分锂以金属Li 的形式在负极析出，导致重放电到0%SoC后NMC532材料中的Li含量出现了明显的下降。 室SNL将上述的软包电池分别充电到100%、120%、140%、160%、180%和250%SoC状态（其中充电到250%SoC导致了 电池泄漏），然后将上述的电池放电到0%SoC进行解剖，研究过充对于正极材料结构的影响。 结构坍塌？过充对NMC532材料结构的影响 链接：/tech/120594.html 来源：新能源Leader 上图为充电到不同SoC状态后，然后放电到0%SoC的正极的XRD衍射图谱，对比其他几个衍射峰，我们惊奇的发现 ，虽然这些正极都经历了不同程度的过充，但是正极材料的基本结构并没有遭到破坏，仅仅是衍射峰的宽度少有增加 ，意味着电池材料内部产生了一定的应力。 这一点也可以也可以从SEM图片（下图）中得到佐证，从下图可以看到，虽然经历了过充的考验，但是NMC532材 料的颗粒形状仍然清晰可辨，二次颗粒的形貌没有发生显著的改变。 结构坍塌？过充对NMC532材料结构的影响 链接：/tech/120594.html 来源：新能源Leader 虽然从结构上来看，NMC532材料没有发上显著的结构变化，但是从局部的Li含量（如下图所示）来看，当充电超 过120%SoC后，虽然放电到0%SoC，NMC532材料中的Li含量仍然不能恢复到初始状态，并且充电SoC越高，完全放电 后正极材料中所含的Li越少。这一方面是因为正极材料的结构衰变，但是更可能的原因还是过充电的过程中负极SEI 膜的生长消耗Li或者部分Li以金属Li的形式在负极表面析出，消耗了较多的Li，导致重新嵌入正极的Li明显减少。 结构坍塌？过充对NMC532材料结构的影响 链接：/tech/120594.html 来