锂电企业福音，NCM111材料失效机理最新研究

　　研究发现材料二次颗粒内部的颗粒-颗粒的连接结构会造成局部的电流密度上升，从而产生很大的应力，从而影响材料的循环性能。同时颗粒内部各个部分之间，也存在着充电状态不一致的现象，这会影响电极的电化学性能。在针对NCA材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的研究中发现，在化成过程中，存在核壳结构的嵌锂过程，一般认为在较小的电流密度下和足够的静置时间，这样一个不均匀的扩散过程可以消失。但是最新的研究发现，却对此提出了质疑。
　　一般来说电池的充电状态SOC指的是整个电池的充电状态，而斯坦福大学的William E. Gent等人通过技术手段实现了电极局部SOC的观测，这对于研究电极内部的不均匀性具有十分重要的意义。研究中发现，即使静置170小时，在NCM二次颗粒中仍然观察到了很高的Li+的不均匀性，在一个直径1-3μm的二次颗粒内部Li的浓度差别可以达到10%，这与我们所预想的状态有很大的出入。William E. Gent认为由于二次颗粒内部的一次颗粒随机排布，导致产生的应力有很大的各向异性，从而导致了Li浓度在颗粒内部的差异。这也导致了一个很大的问题，颗粒局部的SOC值过高，会导致局部过充，并加快该部分失效，从而导致材料整体的容量下降。

　　因此优化NCM材料二次颗粒的结构，有助于减少颗粒内部应力和Li分布不均匀性，从而提高材料的循环寿命。
　　试验中William E. Gent等人采用了共沉淀法合成了NCM材料的前躯体，研究发现该材料的二次颗粒的直径在10-15μm，一次颗粒的直径在500nm左右。
　　实验中采用了观察Ni K边际吸收光谱的方式表征了Li在材料二次颗粒中的分散状态。研究显示，在原始颗粒和完全放电的颗粒中Li的分布是十分均匀的，但是在SOC值为0.3和0.6的时候，即便是经过了10个小时的搁置，二次颗粒中的Li分布仍然十分不均匀。同时也发现，充电电流和静置时间对这种不均匀性并没太大的影响，充电电流从1.1C降低了C/110，Li分散的不均匀性并没有太大的改善，静置170h锂离子电池分散不均匀的现象并没有明显的改善。

　　William E. Gent等人对此做出了假设，颗粒内部的应力和Li分布不均匀的产生，主要是由于二次颗粒的形貌造成，而和动力学特征无关，因此一些多孔结构和开放结构的材料展现出了更好的循环性能，这种结构能有效的吸收体积变化，降低充电过程中的应力和Li分布不均匀的现象。
　　该研究给了我们很大的启示，一般我们期望通过限制截至电压来提高材料的循环寿命，但是通过研究发现，即使在较低的截至电压下，材料内部仍然会发生局部的过充现象，从而造成材料的失效加速。因此提高NCM材料的寿命的方法更多的是依赖与NCM材料本身微观结构的改善，在降低局部的不均匀的同时，提高截至电压，从而达到在发挥材料较高的容量的基础上，改善材料的循环寿命。