三種材料的性能和結(jié)構(gòu)對比，來展示單晶材料的優(yōu)缺點

大家好，鋰電老李好久不見，現(xiàn)在終于復(fù)出啦，繼續(xù)給大家?guī)礓囯姺矫娴幕A(chǔ)知識介紹。隨著新能源行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對動力電池的要求也越來越高，隨之而來的三元材料中鎳含量的提升，但由此帶來的正極材料穩(wěn)定性問題、電解液匹配問題、大電流充電溫升過高等引發(fā)的電池失效也越來越受到人們的關(guān)注，因此，單晶材料應(yīng)運而生，不僅僅增強(qiáng)了正極材料的穩(wěn)定性，也可以將整個體系的電壓提升到一個新的高度，在更高鎳材料并未完全占領(lǐng)市場的情況下，為更高能量密度的需求提出了一個解決方案。

同時，還提供了另外一種三氧化二鋁包覆的NCM523，通過這三種材料的性能和結(jié)構(gòu)對比，來展示單晶材料的優(yōu)缺點以及未來的發(fā)展方向。

UC（未包覆）和SC（單晶）的XRD測試數(shù)據(jù)如上圖所示，左圖表面兩種材料的晶格參數(shù)非常的相似，右圖為局部放大圖，SC-532樣品中（104）反射的Kα1和Kα2峰與UC-532樣本相比，具有更窄的峰值寬度，這表明SC-532與UC-532相比具有更大的晶粒尺寸。

為了進(jìn)一步確認(rèn)單晶顆粒的結(jié)構(gòu)特征，分別對SC材料進(jìn)行了縱剖面SEM、電子背散射衍射等測試，測試結(jié)果表明，材料中的單晶還是很多的，一些大顆粒含有少量的多晶結(jié)構(gòu)。

另外，對三種材料進(jìn)行了不同電壓的扣電半電池測試以及容量微分曲線的分析，測試結(jié)果如下所示，單晶材料的容量和不可逆容量并沒有體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，三種材料的曲線也是比較相似的，沒有太明細(xì)的區(qū)別，這就說明將材料做出單晶并沒有從本質(zhì)上改變材料的內(nèi)部特性。

上圖展示的是不同化學(xué)計量比、不同燒結(jié)溫度下材料的形貌變化，從圖中可以看出，在燒結(jié)溫度為970℃，化學(xué)計量比為1.25時，材料展示出了較好的晶型，溫度太高或者太低、化學(xué)計量比的變化，都會影響材料的形貌。

將三種材料和石墨組裝成小軟包電池，添加不同的電解液添加劑，然后對電池進(jìn)行循環(huán)性能測試，單晶材料在不同的添加劑情況下都表現(xiàn)出了良好的庫倫效率，另外也可以看出，PES211這種添加劑具有較好的循環(huán)性能。

利用原位的方法測量電池在高電壓下的產(chǎn)氣行為，結(jié)果表明，單晶材料的產(chǎn)氣較少，表明材料具有良好的穩(wěn)定性。

采用PES211電解質(zhì)的SC-532和AC-532電池用等溫微量量熱法研究，通過分離寄生熱流的寄生反應(yīng)，測量來自細(xì)胞的熱流。當(dāng)電流被應(yīng)用于一個單元時，測量的熱流來自電壓極化以及熵。在3.9 V和4.2 V之間，黑線顯示總測量值。在充電（固體）和放電（虛線）中的熱流，綠色和藍(lán)線顯示過熱流，紅線顯SC523在所有電壓下具有比AC-532細(xì)胞更低的平均寄生熱流。這表明SC-532電池應(yīng)該具有更長的壽命。

圖中可以看出對所有帶電電極材料均觀察到200和350℃。峰值電荷隨荷電狀態(tài)的增加而增大。

電極材料（電池的上限截止電壓越高）。這個從帶電材料的大部分中釋放氧氣是相關(guān)的。隨著NMC532從層狀（LyxMO2，M= Ni）的降解，

Mn和Co）結(jié)構(gòu)為巖鹽（LIXM1-XO）結(jié)構(gòu)。9E和9F顯示小氧釋放峰以80℃為中心。檢測AC-532和UC-532材料的電荷和峰，隨著上限截止電壓的增加，強(qiáng)度顯著增加。相反，這個峰值沒有檢測到帶電SC-532樣品。通過阿倫尼烏斯動力學(xué)，使表面氧釋放速率。例如，即使在40℃也不為零。在電解質(zhì)中，氧原子或自由基可能與電解質(zhì)反應(yīng)之前O2分子可以形式。荷電鈧在80℃時氧釋放峰的缺失532個樣品表明帶電單晶NMC532材料與電解質(zhì)相互作用時具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性多晶NMC532材料。

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’使用不同電解液添加劑對電池進(jìn)行循環(huán)性能測試，不同的添加劑表現(xiàn)出不同的循環(huán)性能。

綜上所述，單晶材料在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是具備很大的優(yōu)勢，但其容量發(fā)揮并沒有那么有優(yōu)勢，在實際生產(chǎn)中，需要考慮整個體系的匹配性，才能做出滿意的鋰電池。