日立開發長壽命材料 國內材料廠家需要加大研究投入

即使經過多年的鋰離子電池發展，日本仍然緊緊占據著高端鋰離子電池材料市場，例如市場上炙手可熱的NCA材料。日本材料制造商提供的材料在穩定性和循環壽命方面仍然明顯優于國產材料。在最新的高性能材料技術方面，日本對中國實施了嚴格的技術封鎖，使中國高端鋰電池行業的生命線掌握在他人手中。一旦國際格局發生變化，中國鋰電池產業將面臨巨大沖擊。因此，國內材料制造商需要盡快增加研究投入。

NCM622材料是常用的高鎳NCM材料之一，其容量可超過180mAh/g，遠高于傳統的LiCoO2材料。然而，由于材料中Ni含量高，材料的熱穩定性降低，從而影響材料的循環壽命。因此，研究人員開發了各種方法來提高NCM622材料的循環穩定性，如表面涂層、元素摻雜和電解質添加劑。

日本日立公司的木村直樹在對元素摻雜研究的基礎上，開發了一種摻Mo的NCM622材料。經過3000次循環后，該材料的容量保持率達到87%，與未摻雜的NCM622材料相比，循環性能顯著提高。

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在實驗中，木村直樹以LiOH、NiO、Co3O4、MnO2和MoO3為原料，通過高溫固態法合成了NCM622材料。將陽極和陰極材料分別制成極片后，將其組裝成方形疊層電池。電解液采用EC和DEC體系，并加入少量VC和PS。以2C的速度循環3000次，SOC范圍為25%-75%。每500次測量一次滿容量（0.5C，2.5-4.2V）。

電化學測試表明，Mo摻雜降低了材料的比容量，主要是因為Mo元素沒有電化學活性，但Mo摻雜的NCM622材料表現出良好的循環性能，3000次循環后容量保持率為87%，比79%摻雜的NCM6 22材料高8%。

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為了研究NCM622電池在循環過程中的降解機制，木村直樹在循環結束后對電池進行了拆解。研究發現，在3000次循環后，Mo摻雜的NCM622材料和純NCM622的比容量和倍率性能都沒有顯著變化，表明在循環過程中，NCM622幾乎沒有結構變化和降解。

進一步的研究揭示了NCM622電池循環下降的真實機制。通過對三電極電池的研究，發現陽極和陰極的工作電壓范圍在循環過程中都會發生漂移。首先，陰極材料的電壓漂移到更高的范圍，這導致陰極材料的工作電壓下限的增加和陰極容量的降低。

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然而，Mo摻雜的NCM622電池的電壓漂移小于未摻雜的NCM622電池。通過分析其負極的SEI厚度，Mo摻雜的NCM622電池的SEI膜厚度約為10nm，而未摻雜的NCM6 22電池的膜厚度不約為20nm。更薄的SEI膜意味著更少的電壓漂移和更少的Li消耗，因此Mo摻雜的NCM622電池的容量保持率明顯高于未摻雜的NCM6 22電池。

研究了這種現象的機理，發現Mo元素會從正極溶解，遷移到負極表面并沉淀，Mo元素的存在抑制了電解質的分解和SEI厚度的增加。

木村直樹的研究不僅找到了提高NCM622材料循環壽命的有效方法，還進一步揭示了這種方法的機理，為我們進一步研究和提高NCM材料的循環壽命指明了研究方向。即使經過多年的鋰離子電池發展，日本仍然緊緊占據著高端鋰離子電池材料市場，例如市場上炙手可熱的NCA材料。日本材料制造商提供的材料在穩定性和循環壽命方面仍然明顯優于國產材料。在最新的高性能材料技術方面，日本對中國實施了嚴格的技術封鎖，使中國高端鋰電池行業的生命線掌握在他人手中。一旦國際格局發生變化，中國的梨秀……

電池行業將面臨巨大的沖擊。因此，國內材料制造商需要盡快增加研究投入。

NCM622材料是常用的高鎳NCM材料之一，其容量可超過180mAh/g，遠高于傳統的LiCoO2材料。然而，由于材料中Ni含量高，材料的熱穩定性降低，從而影響材料的循環壽命。因此，研究人員開發了各種方法來提高NCM622材料的循環穩定性，如表面涂層、元素摻雜和電解質添加劑。

日本日立公司的木村直樹在對元素摻雜研究的基礎上，開發了一種摻Mo的NCM622材料。經過3000次循環后，該材料的容量保持率達到87%，與未摻雜的NCM622材料相比，循環性能顯著提高。

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在實驗中，木村直樹以LiOH、NiO、Co3O4、MnO2和MoO3為原料，通過高溫固態法合成了NCM622材料。將陽極和陰極材料分別制成極片后，將其組裝成方形疊層電池。電解液采用EC和DEC體系，并加入少量VC和PS。以2C的速度循環3000次，SOC范圍為25%-75%。每500次測量一次滿容量（0.5C，2.5-4.2V）。

電化學測試表明，Mo摻雜降低了材料的比容量，主要是因為Mo元素沒有電化學活性，但Mo摻雜的NCM622材料表現出良好的循環性能，3000次循環后容量保持率為87%，比79%摻雜的NCM6 22材料高8%。

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為了研究NCM622電池在循環過程中的降解機制，木村直樹在循環結束后對電池進行了拆解。研究發現，在3000次循環后，Mo摻雜的NCM622材料和純NCM622的比容量和倍率性能都沒有顯著變化，表明在循環過程中，NCM622幾乎沒有結構變化和降解。

進一步的研究揭示了NCM622電池循環下降的真實機制。通過對三電極電池的研究，發現陽極和陰極的工作電壓范圍在循環過程中都會發生漂移。首先，陰極材料的電壓漂移到更高的范圍，這導致陰極材料的工作電壓下限的增加和陰極容量的降低。

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然而，Mo摻雜的NCM622電池的電壓漂移小于未摻雜的NCM622電池。通過分析其負極的SEI厚度，Mo摻雜的NCM622電池的SEI膜厚度約為10nm，而未摻雜的NCM6 22電池的膜厚度不約為20nm。更薄的SEI膜意味著更少的電壓漂移和更少的Li消耗，因此Mo摻雜的NCM622電池的容量保持率明顯高于未摻雜的NCM6 22電池。

研究了這種現象的機理，發現Mo元素會從正極溶解，遷移到負極表面并沉淀，Mo元素的存在抑制了電解質的分解和SEI厚度的增加。

木村直樹的研究不僅找到了提高NCM622材料循環壽命的有效方法，還進一步揭示了這種方法的機理，為我們進一步研究和提高NCM材料的循環壽命指明了研究方向。

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