鋰電企業福音，NCM111材料失效機理最新研究

　　研究發現材料二次顆粒內部的顆粒-顆粒的連接結構會造成局部的電流密度上升，從而產生很大的應力，從而影響材料的循環性能。同時顆粒內部各個部分之間，也存在著充電狀態不一致的現象，這會影響電極的電化學性能。在針對NCA材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的研究中發現，在化成過程中，存在核殼結構的嵌鋰過程，一般認為在較小的電流密度下和足夠的靜置時間，這樣一個不均勻的擴散過程可以消失。但是最新的研究發現，卻對此提出了質疑。
　　一般來說電池的充電狀態SOC指的是整個電池的充電狀態，而斯坦福大學的William E. Gent等人通過技術手段實現了電極局部SOC的觀測，這對于研究電極內部的不均勻性具有十分重要的意義。研究中發現，即使靜置170小時，在NCM二次顆粒中仍然觀察到了很高的Li+的不均勻性，在一個直徑1-3μm的二次顆粒內部Li的濃度差別可以達到10%，這與我們所預想的狀態有很大的出入。William E. Gent認為由于二次顆粒內部的一次顆粒隨機排布，導致產生的應力有很大的各向異性，從而導致了Li濃度在顆粒內部的差異。這也導致了一個很大的問題，顆粒局部的SOC值過高，會導致局部過充，并加快該部分失效，從而導致材料整體的容量下降。

　　因此優化NCM材料二次顆粒的結構，有助于減少顆粒內部應力和Li分布不均勻性，從而提高材料的循環壽命。
　　試驗中William E. Gent等人采用了共沉淀法合成了NCM材料的前軀體，研究發現該材料的二次顆粒的直徑在10-15μm，一次顆粒的直徑在500nm左右。
　　實驗中采用了觀察Ni K邊際吸收光譜的方式表征了Li在材料二次顆粒中的分散狀態。研究顯示，在原始顆粒和完全放電的顆粒中Li的分布是十分均勻的，但是在SOC值為0.3和0.6的時候，即便是經過了10個小時的擱置，二次顆粒中的Li分布仍然十分不均勻。同時也發現，充電電流和靜置時間對這種不均勻性并沒太大的影響，充電電流從1.1C降低了C/110，Li分散的不均勻性并沒有太大的改善，靜置170h鋰離子電池分散不均勻的現象并沒有明顯的改善。

　　William E. Gent等人對此做出了假設，顆粒內部的應力和Li分布不均勻的產生，主要是由于二次顆粒的形貌造成，而和動力學特征無關，因此一些多孔結構和開放結構的材料展現出了更好的循環性能，這種結構能有效的吸收體積變化，降低充電過程中的應力和Li分布不均勻的現象。
　　該研究給了我們很大的啟示，一般我們期望通過限制截至電壓來提高材料的循環壽命，但是通過研究發現，即使在較低的截至電壓下，材料內部仍然會發生局部的過充現象，從而造成材料的失效加速。因此提高NCM材料的壽命的方法更多的是依賴與NCM材料本身微觀結構的改善，在降低局部的不均勻的同時，提高截至電壓，從而達到在發揮材料較高的容量的基礎上，改善材料的循環壽命。