【干货】锂电池NCM111材料失效机理最新研究

三元材料适不适合在电动汽车上使用，现在还没有定论，但是有一点是肯定的，那就是三元材料容量高，容易合成，是一种性能十分优异的正极材料。三元材料目前面临的最大的问题是如何在较高的容量发挥的前提下保证材料的良好的循环寿命。目前的研究发现，影响三元材料循环寿命的因素有以下几点：

1）循环过程中表面晶体结构的重构。

2）在循环过程中由于各向异性的体积膨胀导致的二次颗粒破裂。这些问题可以通过二次颗粒微观结构的改性，表面包覆处理，对充放电程序进行优化进行解决。

研究发现材料二次颗粒内部的颗粒-颗粒的连接结构会造成局部的电流密度上升，从而产生很大的应力，从而影响材料的循环性能。同时颗粒内部各个部分之间，也存在着充电状态不一致的现象，这会影响电极的电化学性能。在针对NCA材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的研究中发现，在化成过程中，存在核壳结构的嵌锂过程，一般认为在较小的电流密度下和足够的静置时间，这样一个不均匀的扩散过程可以消失。但是最新的研究发现，却对此提出了质疑。一般来说电池的充电状态SOC指的是整个电池的充电状态，而斯坦福大学的WilliamE.Gent等人通过技术手段实现了电极局部SOC的观测，这对于研究电极内部的不均匀性具有十分重要的意义。研究中发现，即使静置170小时，在NCM二次颗粒中仍然观察到了很高的Li+的不均匀性，在一个直径1-3μm的二次颗粒内部Li的浓度差别可以达到10%，这与我们所预想的状态有很大的出入。WilliamE.Gent认为由于二次颗粒内部的一次颗粒随机排布，导致产生的应力有很大的各向异性，从而导致了Li浓度在颗粒内部的差异。这也导致了一个很大的问题，颗粒局部的SOC值过高，会导致局部过充，并加快该部分失效，从而导致材料整体的容量下降。