高镍三元正极材料动力学性能的单颗粒研究

镍钴锰三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂ (x + y + z = 1)在容量、倍率、循环及热稳定性等方面的性能往往受到金属元素Ni、Co、Mn含量的显著影响. 其中,增加元素Ni的含量有助于提高材料的比容量。因此,LiNi_0.6Co_0.2Mn _0.2O₂（NCM622）和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）成为了目前研究最为广泛的两款高镍三元正极材料. 但目前针对这两款材料的对比研究主要集中在材料比容量、热稳定性和循环稳定性的影响方面,而对材料动力学性能的研究较少,尤其是对材料本征动力学参数的表征尚未见报道. 本文采用单颗粒微电极技术,以粒径相同的 NCM622 和 NCM811 颗粒为研究对象,排除导电剂、粘结剂和电极结构的影响,从材料本征动力学性能评估的角度出发,分析了Ni元素的含量对这两款材料的充放电性能、交流阻抗谱、锂离子固相扩散系数和倍率放电性能等的影响. 结果表明,与NCM622 相比,随着Ni²⁺和Ni³⁺总含量的增加,NCM811 表现出更高的充放电容量、锂离子固相扩散系数、电化学反应活性和倍率放电性能. 以 20 C 放电,NCM811 材料的放电容量保持率仍可达到80.8%以上.     

LiFePO4单颗粒电化学本征性能的快速精确评测

通常需要将电活性材料与导电剂、粘接剂等辅助物质混合后,制成复合电极来评测材料的电化学性能,但辅助物质和复合电极结构可能影响评测结果的准确性. 由于单颗粒微电极可选取单一颗粒进行测试,无需加入添加剂材料,因此,采用单颗粒微电极评测材料性能可以得到材料的本征性能. 同时,单颗粒微电极还可以实现对材料的快速、精确评测. 本文利用单颗粒微电极方法测试了球形LiFePO4颗粒的循环伏安特性、循环稳定性和动力学性能. 结果表明,单颗粒微电极可以20 mV?s-1的速率快速扫描、精确测试,测得锂离子在该颗粒中的扩散系数约为2.4 ~ 3.2?10-11 cm2?s-1,电化学反应的控制步骤为锂离子的固相扩散控制. 另外,LiFePO4颗粒在该单颗粒微电极构成的电池中表现出良好的循环稳定性. 这些显示了单颗粒微电极在电极材料特性研究中的可行性.