リチウム電池のニッケルアノード材料に及ぼす周囲湿度の影響を調査した

高比エネルギーリチウムイオン電池の技術は、業界で検討されてきました。しかし、高ニッケル正極には多くの問題があり、その中でも原材料の保存や電池製造環境への高い要求が大きな課題となっています。この論文では、環境要因、特に高ニッケルアノード材料の特性に対する湿度の影響について簡単に要約します。

ニッケルベースの材料の場合、粒子の表面で自発的な反応が起こり、Ni3 +がNi2 +に変換され、O2-が放出されます。ニッケル含有量の高い材料（NMC622、NMC811、NCAなど）が空気にさらされると、空気中の二酸化炭素と水を吸収する可能性が高くなり、次の反応が発生します。

このようにして、Li2CO3およびLiOH層が粒子表面に形成されます。材料中のNi比が高いほど、PH値は高くなります。ただし、Li2CO3とLiOHは材料内のLiを消費し、電気化学的活性がないため、容量が減衰します。 LiOHはPVDFおよびLiPF6とも反応し、バッテリーのプロセスと性能に悪影響を及ぼします。

材料と空気の反応は、原材料の保存、電極の準備、電極シートの保管などの全プロセスで行われます。したがって、高ニッケル材料の場合、原材料から電池の製造プロセス全体まで、厳格な環境管理が必要です。特に水管理。材料に水分と反応が起こった場合、従来の乾燥プロセスでは水分の影響を取り除くことができず、電極ペーストの準備、ポールピースの製造はすべて乾燥環境で行う必要があります。正の電池製造プロセスには、高いニッケル露点-30 ℃の環境が必要です。

高ニッケルアノード材料粒子が空気から水分を吸収し、反応してLiOHを生成する場合、これはアノードプレートの製造プロセスに深刻な影響を及ぼします。高ニッケルポジティブペーストの調製プロセスでは、PVDFがNMPに溶解し、材料の表面の塩基性基が隣接するcfおよびch結合を攻撃します。 PVDFは二分子脱離反応を起こしやすく、分子鎖上に炭素-炭素二重結合の一部が形成されます。反応は次のとおりです。

PVDFの二重結合が増加すると、接着力も増加し、ペーストの粘度が増加し、ペーストでさえゲル状態を形成します。その結果、調製およびコーティングプロセスでの高ニッケルアノードペースト、環境湿度の影響が大きく、プロセスでの吸水反応、特にスラリー特性の変化を引き起こしやすい場合、ポールピース製造プロセスの品質は低下しません安定した、プロセスの一貫性の問題、ゲルスラリーの形成、コーティングプロセスすらできません。

また、PVDFの二重結合の増加により接合力が増加すると、特に脆い切りくずの増加が破砕しやすくなり、切りくずの破砕によりシート圧延工程での工程処理ができなくなり、スリッティングおよびその他のプロセス。バッテリーが正方形の巻線プロセスである場合、巻線コアのコーナーで、ポールシートが破損または材料を落下させます。

LiOHは次のようにAl箔と反応します。

OH-6 + 2、+ 6 h2o-OH- + 2 al（OH）3 + 3 h2

Alの腐食後、機械的強度が低下し、電池の電気化学的特性と安全性が影響を受け、箔の腐食表面特性の変化、コーティング剥離強度が低下し、機械的および電気的特性が低下します。シートが影響を受けます。

さらに、LiOHはLiPF6とも反応し、電解液中のLiイオンを消費し、HFガスを生成します。これにより、バッテリー内部の金属部品が腐食し、最終的にバッテリーが漏れる可能性があります。さらに、HFはSEI膜に損傷を与え、SEI膜の主要成分と継続的に反応します。

ROCO2Li + HF-ROCO2H + LiF

LiCO3 + 2 +2およびhfH2CO3 lif

最後に、LiF析出物が電池内部で生成され、電池の負極板でリチウムイオンの不可逆的な化学反応を引き起こし、活性リチウムイオンが消費されると電池のエネルギーが低下します。

高ニッケル吸収水反応生成物Li2CO3は、充電状態の可能性が高いとCO2ガスに分解しやすく、バッテリーの膨らみや漏れの問題が発生します。材料に吸収される水分が十分にあると、発生するガスが多くなり、電池内部の圧力が高くなり、電池にストレスがかかり、電池の膨れや漏れなどの危険があります。

したがって、高ニッケルアノード材料の場合、高性能リチウムイオン電池を製造するためには、原材料の保存および電池の準備の過程で環境湿度を厳密に制御する必要があります。

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