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NCA材料,适用于各类高性能液态锂离子电池、聚合物锂离子电池的生产。
粒度分布:
D10(um): ≥5.0
D50(um): 11.5±2.0
D90(um): ≤30
振实密度(g/cm3): >2.5
比表面积(m2/g): 0.25±0.10
PH值: 11.50±0.50
水分(ppm): ≤300
化学成分:
Ni(Ni+Co+Al) mole%: 81±1
Co(Ni+Co+Al) mole%:15±1
Al(Ni+Co+Al) mole%: 3.5±0.5
Li(Ni+Co+Al) mole%: 1.01±0.03
0.2C放电克容量(2.8-4.3V,25℃,相对于Li 金属负极,mAh/g):≥188
1C放电克容量(2.8-4.3V,25℃,相对于Li 金属负极,mAh/g):≥175
测试 项 目 规格 典型值
首次充放电效率(0.1C) ≥ 88.9% 89.3%
0.1C放电比容量(mAh/g) 180~185 183
0.5C放电比容量(mAh/g) 170~176 172
1.0C放电比容量(mAh/g) 165~170 167
1.0C中值电压(V) ≥ 3.50 3.52
1.0C/3.5V平台 ≥ 45% 50%
25oC/500次循环容量保持率 ≥ 80% 85%
45 oC/100次循环容量保持率 ≥ 90% 93%
25oC/28天荷电保持 ≥ 90% 93%
25oC/28天荷电恢复 ≥ 95% 98%
60oC/7天荷电保持 ≥ 90% 94%
60oC/7天荷电恢复 ≥ 95% 98%
常温循环
电池在常温下(~25 oC)以1C 恒流恒压充电,恒流截止电压4.2 V,恒压截止电流0.01 C;搁置5 min,再以1 C 恒流放电,截止电压3.0 V,搁置5 min 再进行下次充放电。循环性能曲线如下。1000 次循环后,容量保持率为84.2%。
高温循环
电池在45 oC 恒温干燥箱搁置4 h,然后以1C 恒流恒压充电,恒流截止电压4.2 V,恒压截止电流0.01 C;搁置5 min,再以1 C 恒流放电,截止电压3.0 V,搁置5 min 再进行下次充放电。循环性能曲线如下。100 次循环后,容量保持率为93.8%。
电池制作工艺控制重点
1物料准备
未开封的 NCA 材料可直接使用,开封后的材料使用完后应及时密封保存,避免NCA 与空气长时间接触,因为吸收过多的水和CO2 后性能会受影响。NCA、SP、乙炔黑、KS-6 使用前在120 oC 真空干燥箱中真空干燥6 h 以上。PVDF 使用前在85 oC 真空干燥箱中真空干燥6 h 以上。NMP 溶剂需要密封保存于干燥环境中备用。推荐采用水含量低于200 ppm 的NMP 配料。
2正极制浆与涂布
制浆和涂布需要在相对湿度不大于 15%的洁净环境下进行,并采用可抽真空的搅拌罐搅拌,搅拌过程中需要抽真空,正极制浆和涂布过程及注意事项如下:
(1)称取规定质量的NMP 溶剂,加入到配料罐中,然后称取PVDF 粘结剂,中速(公转~15 r/min,自转~700)搅拌30 min,然后提高搅拌速度(公转~25r/min,自转~2000 r/min)继续搅拌至无白色物质;
(2)称取定量的导电剂加入搅拌罐中,先慢速(公转~10 r/min,自转~400r/min)搅拌30 min,再快速搅拌90 min(公转~30 r/min,自转~3000 r/min),中间刮料2-3 次;
(3)称取一半量的NCA 加入其中,先慢速(同上)搅拌20 min,再快速(同上)搅拌60 min,再称取另一半的NCA 加入其中,先慢速搅拌20 min,再快速搅拌至浆料粘度满足要求为止,中间刮料2-3 次。
(4)投料拉浆时,浆料须先搅匀,加料时需要定时搅动浆料,最好采用带搅桨的自动气压上料罐,以确保浆料均匀性。生产过程中,浆料最长搁置时间不超过15 h。涂布时,观察极片是否光滑,不光滑说明分散时间不够,需要延长搅拌时间或加大搅拌速度。涂布烘箱分温区控制,第一段温度100 oC,第二段128 oC,第三段120 oC,末段95 oC。
(5)涂布完成后,极片需置于真空干燥箱中抽真空常温保存。
3制片与卷绕
制片前,极片需先在 85 oC 真空干燥箱中真空干燥4 h。制片与卷绕推荐在相对湿度不大于30%的洁净环境下进行。操作人员需带无粉橡胶手套,并带口罩。卷绕前做好极片除尘工作。制片完后的极片需尽快完成卷绕,否则极片需要在真空干燥箱中抽真空或充氮气保存。为避免漏液,推荐使用高质量的白胶极耳。极片最高压实不可超过3.6 mg/cm-3。
4注液
注液前电芯需真空 85 oC 干燥24 h 以上,NCA 电池容易发生气胀,因此须严格控制电解液的含水量小于20 ppm,推荐小于10 ppm。推荐注液后老化房(~40oC)搁置12 h 后再化成。
5化成
对于 NCA 电池,可将化成截止电压适当提高至3.85 V。
其他工艺控制重点与常规材料(如LiCoO2、NCM)相同。而且上述工艺仅供参考,实际应用中根据各公司实际情况作相应调整。