锂离子电池正极材料热损失原因分析

Forfatter: Iflowpower – Fournisseur de centrales électriques portables

以特斯拉为代表的电动汽车多采用NCA、NCM811或NCM622高镍基材料作为锂离子电池正极材料。 不过这种高镍层状正极材料存在安全性问题，加拿大光源储能团队博士后研究人员表示。 周炜，博士

王建，厦门科技大学化学影像线站站长、副教授，首次研究了复合电极受热直至复合电极受热失控时的相分布，以及热损失前后的多相分离现象。 通过纳米级别将相关性可视化，发现热失控可能与导体和粘合剂的分布密切相关。 以NCA、NCM811或者NCM622为代表的锂离子电池具有容量高、成本低、环境危害小等优点。

目前以特斯拉为代表的电动汽车。 但是高镍层状正极存在安全性问题，尤其在高温下材料发生分解，释放出氧气，导致热失控，从而导致电池燃烧爆炸。 从基础理论角度，深入了解热失控条件下固态电极的相分离现象，对从根本上解决该材料本征的稳定性缺陷具有重要意义。

从实用分析的角度看，研究阶段分离在实际多孔复合电极中的行为，对应正极材料的尺寸效应，晶体表面调控，以及表面钝化膜之间的关联性，是基础研究和实际应用阶段。 结合理想方法。 不过这个想法必须要有先进的表征手段才能够实现。

博士 加拿大光源储存小组周伟博士 化学成像线站王建与厦门理工学院路书记副教授密切合作，创新开展元素透射X射线扫描和轨道选择、化学与电子结构等方面的研究。

利用MicroT(PEEM)研究恒温酸锂层压颗粒在多孔电极中的相分离行为。 该项工作以 ChemicalCommunications 的形式作为研究亮点进行了报道。 通过原位实验，作者获得了复合电极加热直至复合电极热失控过程中的相分布，并将热失控前后各相分离现象的相关性进行了可视化。

可视化。 单个电极颗粒水平上相分离前后的热损失表现出不可预测的不均匀性。 这种非均匀性与颗粒尺寸、晶体表面结构影响不明显，但与导电剂和粘结剂的分布情况密切相关。

这是首次实现同一粒子在热损失前后分离的纳米可视化，并将其与其电极环境关联起来。 这对于进一步深化层状材料热位移行为的研究具有重要意义，适用于促进其他电极体系的反应机理、衰减机理等研究热失控。 本文首先利用PEEM元素对电极成分的元素敏感性，包括钴酸锂、PVDF、以及导电炭黑的分布。

在热损失之前，导电剂和粘结剂是混合均匀共存的，但是这种团聚在钴酸锂颗粒和颗粒表面是不均匀的。 PVDF的热损失明显，而导电炭黑仍然以团聚体的形式均匀分布在钴酸锂中。 PEEM可以达到100nm的空间分辨率，可以在50um的电极表面成像。

高空间分辨率、高成像间隔实现多粒子的高分辨率成像。 通过钴酸锂颗粒的形貌可以研究同一电极颗粒在恒温前后的热位移行为。 最新发现导电剂、粘结剂的分布可能会导致锂离子电池正极材料热失控图1。

恒温后（A、B）（C、D）的元素分布及相关性与相关图分离成各个像素单元钴元素的吸收光谱采用单相，包括CO2+（热释电氧形成）、CO3+（LCO）或CO3.5+（正常全电荷LCO）的光谱分解拟合。 图 C 和 D 很好地反映了相分离的高度不均匀性。

如果利用得到的元素分布图得到相分离图，则该相分离与热损失前后导电炭黑的分布具有很大的相关性。 恒温器显著减小了相分离的尺寸。 这与以往通过一次又一次的化学充电而得到的结论不同。

电极颗粒的粒子大小、晶面取向等因素的影响远小于颗粒环境，尤其是导电剂的影响。