パワーバッテリープラス811は622を交換しようとしていますか？

現在の政策と市場の需要により、産業チェーン全体がより高いニッケルルートに進むことを余儀なくされています。リチウムイオン電池の三元カソード材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（以下NCM811と呼びます）は、高い可逆比容量と低コストの利点を備えています、幅広いアプリケーションの見通しは、次世代の高比エネルギーカソード材料の最初の選択肢と見なされています。しかし、次の2019年に、NCM811材料は本当にNCM622をスキップして、すぐにパワーバッテリーポジティブの分野を支配することができますか？高ニッケル三元材料の開発と応用における著者の長年の経験によると、以下の点が理由を分析されます。

1.構造特性が熱安定性とサイクルの不利を決定します

NCM811材料は、本質的にLiNiO2に近く、LiNiO2のドープされた修飾生成物と見なすことができます。 LiCoO2と同様のα-NaFeO2層状岩塩構造を持ち、六方晶系、空間点群、層状埋め込みリチウム複合酸化物に属します。結晶では、Liは3aにあり、Oは6cにあり、遷移金属Coは3bにあります。 Niの平均価数は+3、一定の割合のNi2 +が存在し、Coは+ 3、Mnは+4です。 NCM811材料のNi含有量が高いため、欠点はより重大です。第一に、陽イオンの混合はより深刻であり、Ni2 +は依然としてLi位置を占め、第二に、Ni +は放電中に不完全に還元され、電解質と容易に反応し、材料の可逆的な比容量とサイクル性能に影響を与えます。また、Ni2 +の酸化が不完全であり、表面にNiO層が形成されやすく、Liイオンの移動が妨げられます。したがって、上記の理由により、初期充電および放電効率が低くなり、サイクルプロセスが急速に減衰し、レート性能が低下する可能性があります。 、その大規模なアプリケーションを大幅に制限しました。

Ni含有量の関数としての電気化学的および熱的特性は、電気化学的特性および安全性が主に微細構造（形態学的および体積構造の安定性）および物理化学的特性（Li +拡散係数、電子伝導率、体積膨張比および化学的安定性）に依存することを発見しました。 Ni含有量の増加は容量の増加につながり、熱安定性は低下し続け、劣化を加速し、セルの安全性に深刻な影響を及ぼします。さらにバッテリーを4.3Vに充電すると、DSC実験結果は、Niの増加に伴い、分解温度が徐々に低下し、熱放出が増加し、材料の熱安定性が低下し、さらにLiが同じ電位で放出されるものは低いものよりも高いニッケルの三元陰極材料は、Ni4 +の含有量が高く、還元性が高く、酸化反応を起こしやすく、それによって電解質を酸化し、ガスを放出し、材料の結晶構造を破壊します。安定性が低下します。

Nohらは、ニッケル-コバルト-マンガンの異なる比率の三元カソード材料の電気化学的性質を研究しました。研究によると、低ニッケル材料のレドックスピークはサイクル中非常に安定しており、レドックスピークはNi含有量の増加とともに増加します。 NCM811シリーズの材料を100回サイクルし、酸化ピークの電圧を3.62Vから3.76Vにシフトしました。下の図の差動電圧曲線は、構造がH2からH3に変化し、その結果、体積が収縮し、容量が直接低下することを示しています。現在、テストにおけるNCM811製品サンプルの細胞周期はまだ1500倍未満です。材料産業におけるNCM811材料の難しさは、ある程度はまだ十分に解決されていません。

2.化学的性質が処理の難しさを決定します

プロセスの難しさは主に、材料自体の高いNi含有量によって引き起こされる深刻な陽イオン混合によるものであり、リチウムの沈殿を引き起こし、材料の表面に炭酸リチウムや水酸化リチウムなどの可溶性塩を形成します。配合中の材料のPH値はアルカリ性です。その過程で、水を吸収してゼリーを形成しやすく、コーティングに影響を与え、水分制御が不十分であり、加工が難しい。

一方、この吸水化学反応は不可逆的です。表面のリチウムが消費されると、さらに多くのリチウムが沈殿し、それによって材料の構造が破壊され、不可逆的な材料の相転移が発生し、バッテリーのサイクル後期の性能に影響を及ぼします。研究コミュニティは現在、材料の表面でのLi2ZrO3の表面パッシベーションなどの表面コーティングによる沈殿したリチウムのさらなる沈殿を防止しようとしている、またはカチオンドーピングによって材料の構造を強化しようとしていますが、これらの慣行はまだ未成熟です。業界では、一部の企業でさえこの点で改善していますが、それでも排除することはできません。

3.テクノロジーが完全ではないため、容量の解放が遅くなります

現在、国内の主流の三元メーカーであるRongbai、Dangsheng、Shanshan、Bamoのデータ調査によると、2018〜2019年の生産能力は40,000トンと予想されており、現在のNCM523とNCM622の生産能力をはるかに下回っています。 2020年まではないと予想されます。64,000トンの生産能力があるため、材料サプライヤーはこの対応に慎重であり、生産能力は遅くなります。

結論

ニッケルに富むNCM811材料は、構造や化学的性質などの短い構造のため、高容量と低価格の利点がありますが、そのサイクル、熱安定性、安全性などの問題をさらに最適化して安定化する必要があります。メーカーは同時にNCM811を紹介します。また、十分に評価する必要があり、やみくもに進取的であってはなりません。高ニッケルNCM811材料のプロモーションとアプリケーションには、材料の革新だけでなく、アプリケーション側（フィールドプロセス、製品構造、環境制御、BMSなど）も材料を深く理解している体系的なソリューションが必要です。長所を開発し、短所を回避するために、NCM811の利点を十分に活用してください。

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