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三元523 811理論比能量一樣?鋰電專家?guī)闫饰鲈颍?/h1>
2018-07-24 16:55:50 中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
隨著國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)高比能量電芯的需求越來越迫切,各大電芯廠和材料廠商勢(shì)必要加快推進(jìn)高鎳材料產(chǎn)業(yè)化。對(duì)于從業(yè)人員而言,正確認(rèn)識(shí)和深刻理解高鎳三元的機(jī)理與應(yīng)用是做出具有競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品的第一步!

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三元523 811理論比能量一樣?

不同比例的三元正極材料的理論容量跟鎳含量有什么關(guān)系

理論三元材料的容量計(jì)算,如下為各三元材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算

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三元523的理論克容量計(jì)算

三元523(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)理論克容量計(jì)算

三元523相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.5545g/mol

1g的三元523物質(zhì)的量:

1g÷96.5545g/mol=0.01035685mol

1g的三元523提供的電荷量:

0.01035685mol×96485.3383C/mol=999.284176C

換算單位:999.284176C÷3.6C=277.58mAh

那么理論克容量約為280mAh/g

三元811(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)理論克容量計(jì)算

NiCoMn的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)差不多,所以理論上523和811的理論克容量也相差無幾。

理論與實(shí)際克容量

那么問題來了,為什么三元材料理論克容量一樣的情況下,811比523具有更高的克容量呢?

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原來容量和鎳、鈷的總含量相關(guān),更確切的說,由于鈷的含量一般是變化比較少的通常是0.2或0.3,那么最直接相關(guān)的就是鎳的含量,由于鎳在三元材料里面的價(jià)態(tài)呈現(xiàn)+2和+3兩種價(jià)態(tài),當(dāng)有鋰離子脫出的時(shí)候過渡金屬鎳發(fā)生變價(jià)來達(dá)到荷電平衡。正是由于Ni的這種多價(jià)態(tài)表現(xiàn),它可以從+2變到+3,再由+3變到+4價(jià),所以,鎳含量越高,能夠脫出的鋰離子也就越多。

如果從能級(jí)分布來說的話,就是鎳含量高的時(shí)候,過渡金屬外層3D電子的能級(jí)和氧元素的2P軌道重疊度較大,所以能夠脫出更多的鋰離子,從而容量更高!

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三元材料的容量會(huì)隨著截止電壓的升高而升高,比如如果你的電壓范圍在3.0-4.2V范圍內(nèi)的話,那么三元材料內(nèi)的鋰離子脫出數(shù)量大概為0.45-0.55mol左右,如果你提高放電電壓至4.5V的話,那么脫出的鋰離子量可能會(huì)達(dá)到0.60mol,而材料的容量與鋰離子的潛入脫出數(shù)量是有很大關(guān)聯(lián)的。因此正極脫出的鋰離子越多,那么正極材料的克容量發(fā)揮就越大,單位質(zhì)量材料放出的容量就越多,電池的容量也就越大。

sun等小組人員用半電池(Li作為負(fù)極),在3~4.3V,25℃ 20mA/g(0.1C)條件下不同Ni,Co,Mn含量Li[NixCoyMnz]O2(x=1/3、0.5、0.6、0.7、0.8和0.85)的比容量。研究結(jié)果表明隨著Ni含量的增加,比容量增加,測(cè)試結(jié)果如下圖

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隨著國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)高比能量電芯的需求越來越迫切,各大電芯廠和材料廠商勢(shì)必要加快推進(jìn)高鎳材料產(chǎn)業(yè)化。對(duì)于從業(yè)人員而言,正確認(rèn)識(shí)和深刻理解高鎳三元的機(jī)理與應(yīng)用是做出具有競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品的第一步!

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