高镍多晶和高镍单晶混合正极材料对三元电池性能的影响

沈华平，杨 桃，吉 盛，许 彬

(江苏春兰清洁能源研究院有限公司，江苏 泰州 225300)

作者简介：沈华平（1968—），男，高级工程师，主要研究方向为制冷、锂离子电池及其管理系统，shp@chunlan.com.

摘要：为了解高镍多晶和高镍单晶混合正极对电池性能的影响，进行了高镍多晶材料及混合材料电极的电化学性能测试表征。结果表明，混合材料电极可降低电池极化，提升倍率放电中值电压，减少电池存储过程中的副反应，提高材料的导电性，进而提升电池的电化学性能。

关键词：高镍多晶正极；高镍单晶正极；三元材料；锂离子电池

中图分类号：TM912      文献标识码：A      文章编号：2095-509X(2021)06-0081-04

锂离子电池因具有高的能量密度及优异的循环性能，已然成为当前非常有前景的电储能介质。随着近几年新能源车的迅猛发展，以及新能源车补贴政策的调整，市场对动力锂离子电池提出了更高的要求，如高能量密度、高安全性、长循环寿命等。因此，三元高镍材料LiNixCoyMn1-x-yO2和LiNixCoyAl1-x-yO2（x≥0.8）等成为高能量密度电池的首选材料^［1-2］。

一般的高镍正极材料，主要由二次颗粒以团聚、多晶的形式构成。高镍材料中，随着Ni含量的增加，材料的克容量也随之升高，但高镍二次颗粒材料还存在以下问题：1）由于以二次团聚体形成的高镍正极材料的堆积密度低，制成的极片压实密度低，进一步降低了电池的比能量；2）在通过增加压实密度来提高比能量时，其极易导致二次颗粒材料破碎、材料的比表面积增加、电池副反应增多、电池产气严重等问题^［2-5］。

然而，高镍单晶正极材料可有效改善二次颗粒形成的多晶材料存在的高温性能差、压实低、电池产气等问题。原因：1）单晶材料为一次颗粒，具有较高的机械强度，使得其具有较大的压实密度；2）相对而言，单晶材料颗粒表面光滑，比表面积小，减少了材料与电解液的接触面积，极大地降低了界面副反应；3）单晶材料颗粒较小，能够与导电剂和粘结剂充分接触，形成较好的导电网络，利于Li+和电子传输^［2-6］。由于纯高镍单晶材料的一次颗粒粒径小，材料颗粒间存在较多的间隙，增加了Li+传输距离，电池极化增加、内阻增大，影响电池性能，因此可以尝试混合使用高镍多晶与高镍单晶材料，以此发挥两者各自优势，有效提升电池性能。本文将对高镍多晶材料（LiNi8Co1Mn1O2）与高镍单晶材料（LiNi8Co1Mn1O2）混合正极对电池性能的影响进行全面评估和分析。

1 实验材料与方法

1.1 电极制备

将正极活性物质镍钴锰酸锂（LiNi8Co1Mn1O2，北京当升科技有限公司）、导电剂（碳纳米管和Super P）和粘结剂（聚偏四氟乙烯，PVDF）以一定的质量比（97.8∶0.6∶0.6∶1.0）分散于N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂中，经过制浆、涂布、烘烤、碾压、模切等工序制成正极片。正极活性物质使用高镍多晶正极（LiNi8Co1Mn1O2）及高镍多晶和高镍单晶混合正极（质量比6∶4），制作成的正极片分别记为Fa和Fb。