游离锂离子含量对于三元材料的影响.doc

随着三元材料使用的广度和深度的不断扩大，无论是电池厂家还是材料厂家，越来越重视游离锂离子含量这一指标，引起重视的原因主要由两个：
1. 镍含量越高的三元中游离锂离子的含量玩往往越高，无论是从能量密度角度出发还是从降低成本的角度出发，523的三元的使用范围明显的得到扩大，随之而来的游离锂离子含量控制也被搬上台面。
2. 随着电池厂家在三元材料使用中遇到的诸如电极加工性能，高温性能甚至安全性能的要求越来越高，且越来越多的研究表明，这些问题都直接或者间接的受到游离锂离子含量的影响，寻求游离锂离子含量尽可能低的三元材料则成为一些前沿电池厂家从正极材料角度解决三元一系列问题的手段。
游离锂离子在这里是指三元材料表面的锂的氧化物，氢氧化物以及碳酸盐类等，我觉得我们首先应该了解一些下游离锂离子对于电池的危害。
1. 电极加工性能。由于这些锂的化合物为碱性，游离锂离子含量升高，会使材料PH值升高，影响电极加工性能，如果电池厂家的车间水分含量控制能力本身不强，或者没有注意对于材料的烘烤，很容易使浆液粘稠甚至出现凝胶状。
2. 高温性能。有一个客户做过验证，如果游离锂离子含量过高，在高温，尤其是85℃储存这个条件下产气量会比较严重，虽然产气量和正极与电解液的匹配关系很大，但是但从正极材料角度来看，降低游离锂离子含量会对于软包85℃4小时电池厚度变化率这一指标有很大的改善。
3. 安全性能。由于容量稍大的动力软包电池一般都不会选用镍含量较高的三元，所以对于游离锂离子含量对于电池安全性影响的数据反馈目前还没有，但是游离锂离子含量如果过高，本身就说明材料的合成过程中结构的完整性可能控制的不是很好，肯定会对后续的电化学性能产生影响，安全性应该也是其中之一，至于究竟会有怎样的影响，或者影响的机理是什么，随着今后市场方面的进展，可能会有更多的了解。
既然游离锂离子含量对于三元材料的使用有如上方面的影响，如何控制游离锂离子含量无疑是很多厂家更加关心的问题，由于我公司主要致力于高端三元材料的开发，所接触的客户本身对于材料的要求很高，所以对于这些方面的控制可能更有一些心得和体会。
目前国内某高端客户对于三元材料中游离锂离子含量的要求为300ppm以内，而目前国内一般的523三元的这一指标都在1000ppm以上。镍含量较低的111三元来说，很多厂家都能做到，但是对于523三元来说控制难度还是很大，如果更高镍含量的三元的话，我觉得应该很难做到。现在一般通过以下一些方法降低游离锂离子含量：
1. 锂含量的控制。虽然可以通过降低锂含量的来降低锂杂质的含量，但是如果锂含量过低，会使材料的充放电容量和结构稳定性方面受到影响。此外，我们做过一系列验证，锂含量与锂杂质含量并不是严格的正相关关系，在对应的工艺下，找到最适合的锂含量，可以更好的平衡游离锂离子含量和电化学性能。
2. 烧结工艺的控制。各家的烧结工艺不同，好的烧结工艺可以降低游离锂离子含量，此外前驱体形貌的控制和烧结的温度等，都会影响游离锂离子含量。
3. 水洗工艺。现在很多厂家都有对于三元材料水洗工艺的专利，而水洗的目的就是为了减少游离锂离子含量，降低PH值。但是很多高端客户并不接受经过水洗的三元材料，主要是因为水洗工艺除了会进一步提高材料的成本之外，还可能把结构中的锂一起洗掉，产生一系列副作用。

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