对比分析动力电池NCM111、442、532和622材料热稳定性

长久以来，循环性能差都是影响NCM材料应用的重要因素，影响NCM材料寿命的主要因素是NCM材料与电解液在界面处发生反应，造成材料的结构被破坏，从而使材料迅速失效。

为了解决这个问题，各种方法也纷纷被提出，例如表面改性，元素掺杂等，今天小编就带大家了解一下，不同元素配比的NCM材料的热稳定性。

相比于其他锂离子电池正极材料，NCM材料具有高比容量、低成本和良好的热稳定性等优点，因此在储能领域、电动汽车领域具有十分广阔的应用前景。

NCM材料中主要的过渡元素为Ni、Mn和Co，其中三种元素不同配比可以获得不同性能的NCM材料，例如NCM111、NCM622等，由于元素配比不同使得在与电解液接触时材料的稳定性也随之变化，从而造成材料寿命的变化。

一般来讲，为了提高NCM材料的比容量，一般我们会提高材料中镍元素的含量，如NCM811材料，但是这会降低材料的稳定性，另外一个可行的办法是制备LiO2材料，通过提高Mn元素的含量并提高截至电压，达到提高材料容量的目的，例如NCM442材料在4.7-4.9V的截至电压下并没有出现任何的结构不稳定现象。

近日，加拿大的达尔豪斯大学的LinMa等就对不同配比的NCM材料在与电解液接触时的稳定性进行了研究，LinMa等人针对NCM111，442，532，622和811材料在不同的充电状态下，材料与电解液之间的稳定性进行了研究。该项研究采用了软包电池，研究中除了NCM442材料由Umicore提供外，其他材料均由中国厂家提供。

在完成注液和封口后，电池在40℃左右搁置24h，以便使得电解液充分浸润，然后用C/20的电流将电池充电至3.5V，然后再将电池切开放气，并再次封口，然后将电池在C/20的电流下将电池充电至4.5V，然后再次将电池切开放气，并再次封口。

将电池放电至2.8V后，然后将电池分为四组，在C/20电流下分别充电至4.2V、4.4V、4.5V和4.7V，静置3小时候，拆开电池取出正极，并将电解液清洗干净。获得的正极材料采用了加速量热法进行测量，测试结果显示，NCM111材料在充电4.2V时，当材料加热到225℃时，材料出现了一个放热峰。

当将截至电压提高到4.7V时，出现放热峰的温度下降到了180℃，表明材料出现了不稳定的现象。NCM442热稳定性同样很好，只有截至电压提高到4.7V才出现了热失控温度下降的现象。而NCM532和622热稳定性要明显差于NCM111和442材料，NCM811材料热稳定性最差，在120℃就出现了放热峰。

该研究表明无论是NCM111还是622、811，其热稳定性都会随着充电截至电压的提高而下降，特别是当截至电压提高到4.7V时，几种材料的热失控温度都出现了明显的下降，但是NCM111和442材料则表现出了较好的热稳定性，在同样的截至电压下均优于其他材料。

研究表明Mn4+的含量对材料的稳定性具有十分重大的影响，因为Mn4+不具备电化学活性，并且能够稳定材料的结构，而Ni元素对材料的热稳定性则是不利的，Ni元素的含量越高，材料的热稳定性越差。

因此可以通过合成结构式为LiO2的材料，来提高材料中Mn4+的含量，并提高截至电压的方式，在保证材料较高容量的前提下，仍然具有良好的问稳定性。