3원계 소재는 신에너지 소재의 왕이 될 것인가?

1. 삼원 재료란 무엇입니까?

Ternary(LiCoxMnyNi1-x-yO2)는 a-NaFeO2형 층상 구조(R-3m 공간군)를 갖고 있으며 이론 용량은 약 275mAh/g이다. 삼원 물질에서 Mn은 항상 4가를 유지하며 전기화학적 활성이 없습니다. Ni와 Co는 결정 구조를 안정화시키는 물질 골격 역할만 하며 각각 2가와 3가를 갖습니다. Ni, Co, Mn의 조성비가 변화함에 따라 재료의 용량, 안전 성능 및 기타 여러 특성을 어느 정도 제어할 수 있습니다. 업계 사람들은 111/442와 같이 비율에 따라 재료를 명명하는 데 익숙합니다. /532(Ni, Mn, Co 3원소의 비율을 나타냄) 등 니켈과 리튬의 상호 점유에 영향을 받아 Ni, Mn, Co의 비율이 1:1:1과 4:4:2일 때 재료의 구조적 안정성이 더 좋습니다. 그러나 더 많은 가역 용량을 얻기 위해 532/622/721/811 등 3원계 소재의 개발로 니켈 함량이 증가하는 경향이 있습니다.

LiCoxMnyNi1-x-yO2 결정 구조

이원계 및 삼원계 물질의 제조 방법

현재 LiCoMnNiO2 삼원계 음극 물질을 제조하는 합성 방법에는 주로 여러 가지가 있습니다. 포함: *** 침전법, 졸겔법, 분무건조법, 고상반응 등 침전법은 수산화물 침전법과 탄산염 침전법을 포함하여 구형 삼원 물질을 제조하는 가장 일반적인 방법입니다.

***석출 방법 공정 흐름도:

3. 변형

삼원 물질은 전기화학적 특성이 우수하지만 실제 응용에서는 여전히 많은 문제가 있습니다. 리튬 이온 혼합, 1차 효율 향상, 리튬 이온 확산 계수 및 전자 전도성 향상 등 해결해야 할 문제가 있습니다. LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2의 주요 변형 방법은 이온 도핑과 표면 코팅입니다. 표면 코팅, 적절한 도핑 비율 및 균일한 도핑은 재료의 구조를 더욱 안정적으로 만들고 재료의 사이클 성능과 열 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

(1) 이온 도핑

리튬이온 배터리의 출력 전력은 소재의 전자전도도, 리튬이온의 이온전도도와 직접적인 관련이 있기 때문에 다양한 수단이 사용된다. 전자 전도성과 이온 전도성을 향상시키는 것은 재료 개선의 핵심입니다.

(2) 표면 코팅

삼원계 물질의 표면을 금속산화물(Al2O3, ZnO, ZrO2 등)로 개질하여 전해질과 물질을 기계적으로 분리하고, 재료 및 전해질 접촉 위험, 액체 부반응, 금속 이온의 용해 억제, 재료의 사이클 성능 최적화. 동시에 표면 코팅은 반복적인 충전 및 방전 과정에서 재료 구조의 붕괴를 줄일 수 있으며 이는 재료의 사이클 성능에 유리합니다.

4. 삼항 자료는 실제로 안전하지 않습니까?

삼원계 재료에 대해 모든 사람을 괴롭히는 것은 안전 문제일 수 있으며, 특히 니켈 함량이 높은 삼원계 재료는 더욱 그렇습니다. 실제로 국가 신에너지 정책을 보면 버스와 버스에 삼원계 배터리를 적용하는 데 한계가 있음을 느낄 수 있다. 2017년 국가표준인 GBT 31485-2015 '전기자동차용 전원배터리의 안전요구사항 및 시험방법'에서 삼원계 배터리가 침술 항목을 통과하기 어렵기 때문이다. 승용차 부문에서는 급속도로 발전해 지난 2년 동안 신에너지 시장의 절반을 점유했다.

GBT 31485-2015의 침술 개략도

삼원 물질은 실제로 안전하지 않습니까? 사실 이 질문은 단순히 안전한지, 안전하지 않은지만으로는 답할 수 없습니다. 에너지는 폭탄과 같아서 그것을 어떻게 관리하느냐에 따라 달라집니다. 잘 통제하면 적을 죽이고 국가에 봉사할 수 있고, 잘 통제하지 않으면 자동차를 추락시키고 사람을 죽일 수 있습니다. 석유, 천연가스, 원자력 등의 역사적 발전과정을 보면 이러한 에너지원이 세계적으로 통제할 수 없는 상황을 겪었음을 알 수 있다.

사실 모든 종류의 에너지의 안전성은 우리의 제어 능력에 달려 있습니다. 삼원계 배터리도 마찬가지입니다. 이제 삼원계 배터리는 안전하지 않기 때문에 우리가 아직 이를 제어하는 ​​방법을 익히지 못했음을 알 수 있습니다. 배터리의 안전성 여부는 소재 자체와 일정한 관계를 갖는 것 외에도 우리가 사용하는 환경, 배터리 관리 시스템, 차량 제어 시스템과도 직접적인 관련이 있습니다.

뉴스에 나온 해외 삼원계 순수전기차 소실 및 화재사고에서 발췌 :

물론 삼원계 소재 자체에는 아직도 해결되지 않은 문제가 많기 때문에 삼원계 소재를 사용하는 이유는 다음과 같습니다. 항상 모든 사람이 안전하지 않은 것으로 간주했습니다. 삼원계 배터리 자체의 경우 원자재 자체의 열악한 열 안정성과 배터리 제조 공정이 삼원계 배터리를 불안전하게 만드는 두 가지 주요 요인이 되어야 합니다.

삼원 물질은 층상 화합물이므로 탈리튬화 후 열 안정성이 이상적이지 않으며 쉽게 산소 손실과 상 변화를 일으킬 수 있습니다. 또한, 재료는 약 200°C에서 분해되어 열폭주가 발생합니다. 삼원 재료의 안전성을 향상시키는 방법은 다음과 같습니다. 몇 가지 중요한 사항은 다음과 같습니다. 첫째, 삼원 재료 자체의 관점에서 볼 때 세라믹 알루미나로 코팅되어 Ni 함량이 합리적인 범위 내에서 제어되고 두 번째로 결합됩니다. 배터리 시스템의 다른 재료와 함께 전해질 첨가제의 매칭 및 세라믹 절연막 선택과 같은 재료의 조정을 연구하는 노력도 이루어져야 합니다.

현재 NMC를 전원 배터리에 적용할 때 직면하는 주요 문제점은 다음과 같습니다.

1) 양이온 혼합 효과로 인해 첫 번째 단계에서 재료의 표면 미세 구조 변화로 인해 충전 공정, NMC 최초 충방전 효율이 높지 않으며, 일반적으로 1차 효율이 90 미만이다.

2) 심각한 가스 발생으로 인해 삼원계 소재 셀의 안전성이 더욱 심각하다.

3) 리튬 이온 확산 계수와 전자 전도도가 낮아 재료의 율속 성능이 그다지 이상적이지 않습니다. 4) 삼원 물질은 1차 입자의 응집에 의해 형성된 2차 구형 입자로, 높은 압축 하에서 입자가 부서져 삼원 물질 전극의 압축이 제한되고, 이는 또한 배터리 코어의 에너지 밀도의 추가 향상을 제한합니다.

앞서 삼항 수정에 대해 이야기했기 때문에 여기서는 자세히 다루지 않겠습니다. 몇 마디만 해주세요! 위의 문제에 대응하여 현재 업계에서 널리 사용되는 수정 방법은 다음과 같습니다. 1. 헤테로원자 도핑. 재료에 필요한 관련 특성(예: 열 안정성, 사이클 성능 또는 속도 성능 등)을 개선하기 위해 일반적으로 양극 재료에 대한 도핑 변형 연구가 수행됩니다. 2. 표면 코팅. 삼원계 표면 코팅은 산화물과 비산화물, 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 가장 일반적인 산화물에는 MgO, Al2O3, ZrO2 및 TiO2가 포함됩니다. 일반적인 비산화물에는 AlPO4, AlF3, LiAlO2, LiTiO2 등이 포함됩니다. 3. 생산 공정 최적화. 생산 공정을 개선하는 것은 주로 표면 잔류 알칼리 함량 감소, 결정 구조의 무결성 개선, 재료의 미세 분말 함량 감소 등과 같은 삼원 제품의 품질을 향상시키는 것입니다. 이러한 요소는 재료의 전기화학적 성능.

결론적으로 삼원계 배터리의 안전 성능은 최적화가 필요한 소재 자체와 더불어 배터리 제조 공정도 고려해야 하는 체계적인 프로젝트이다. 또 다른 중요한 점은 배터리 관리 시스템입니다. 이 작업이 완료되면 배터리 안전이 더욱 보장됩니다.

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