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在上一篇文章中（??鋰電池安全分析及預(yù)防）一站式服務，我們已經(jīng)總結(jié)了造成鋰電池安全的問(wèn)題廣度和深度，除了通過(guò)檢測(cè)手段有效溯源，去除污染源引領作用，通過(guò)包覆對(duì)電極材料進(jìn)行表面改性也是提升電池安全性的有效手段科技實力。

根據(jù)雙碳戰(zhàn)略的要求，鋰離子電池市場(chǎng)已經(jīng)達(dá)到全新高度建設。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示在此基礎上，今年 5 月，我國(guó)三元鋰電池產(chǎn)量 前來體驗，占總產(chǎn)量的 36.2％自主研發；而磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量高達(dá) 8.8GWh確定性，占總產(chǎn)量的 63.6％。雖然《中國(guó)制造 2025》提出了動(dòng)力電池的發(fā)展規(guī)劃：2020 年損耗，單體電池能量密度達(dá)到 300Wh/kg相貫通；2025 年達(dá)到 400Wh/kg。但越來(lái)越高的能量密度積極影響，意味著更高的安全風(fēng)險(xiǎn)。在三元正極體系層出不窮的安全事故以及補(bǔ)貼下降的大環(huán)境背景下緊密協作，磷酸鐵鋰低成本越來越重要、高安全的優(yōu)勢(shì)讓其成為各大車(chē)廠的shou選方案。

磷酸鐵鋰雖安全發揮重要作用，但舍棄了高能量密度

安全問(wèn)題是市場(chǎng)轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰的重要因素醒悟，而伴隨安全問(wèn)題的仍然是遭遇瓶頸的電池材料體系。磷酸鐵鋰有低能量密度和較差的低溫性的缺點(diǎn)高質量，很難實(shí)現(xiàn)材料性能的突破也逐步提升。為了開(kāi)發(fā)下一代高能量密度電池，高/中鎳三元正極仍然是最有希望達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的體系註入了新的力量。同時(shí)重要的作用，固態(tài)電池和硅負(fù)極材料的市場(chǎng)化進(jìn)程將極大的提升系統(tǒng)能量密度，并有效改善電池安全性去創新。由于硅負(fù)極擁有更高的理論容量（4200mAh/g）足夠的實力，一旦投產(chǎn)將極大的提升電池性能。固態(tài)電解質(zhì)則可有效解決電解液與電極之間接觸以及分解的問(wèn)題結構，有效提升安全性與穩(wěn)定性更適合。

液態(tài)鋰離子電池與固態(tài)電池的對(duì)比

在電池循環(huán)過(guò)程中的安全隱患來(lái)自于濫用造成的失效。失效的機(jī)理包括：內(nèi)短路溝通協調，熱失控要素配置改革，過(guò)電壓等。而即便是通過(guò)一系列安全測(cè)試的電池保障性，在投入使用時(shí)由于濫用等行為影響力範圍，也會(huì)造成較大的風(fēng)險(xiǎn)，引起失效甚至自燃爆炸等事故新創新即將到來。

電池?zé)崾Э氐脑?/p>

降低風(fēng)險(xiǎn)應用提升，提升安全性不僅取決于電池系統(tǒng)的管理和用戶良好的使用習(xí)慣，對(duì)于電池原材料的改良也是重要途徑創造性。在之前的文章中發展的關鍵，我們介紹了 PALD 技術(shù)（粉末原子層沉積）對(duì)于提升電池性能以及安全的作用（詳見(jiàn)??：原子層沉積為電池穿上鎧甲）。包覆涂層的主要作用是形成一個(gè)超薄的保護(hù)層規模設備，從而隔絕電解液和活性電極材料真諦所在，降低了副反應(yīng)發(fā)生的機(jī)率指導，進(jìn)而規(guī)避諸如熱失控，產(chǎn)氣充分，析鋰等安全隱患進一步完善。ALD 技術(shù)的特點(diǎn)使其能實(shí)現(xiàn)多種材料（氧化物，氮化物競爭力，磷酸鹽調整推進，三元化合物，有機(jī)雜化涂層等）的均勻機製性梗阻、致密涂層包覆機製，且厚度可控，為包覆方案提供了更多的選擇集成應用。

ALD 涂層為電極材料穿上了保護(hù)鎧甲

電池安全性與性能需要兼顧

當(dāng)然探討，ALD 包覆涂層不能只考慮安全性，因?yàn)橹旅艿耐繉涌赡軙?huì)造成初始容量下降以及降低電導(dǎo)等問(wèn)題高效流通，雖然使安全性有效提升調解製度，但電池的綜合性能有所下降。因此合理地設(shè)計(jì) ALD 工藝及涂層種類對(duì)于電池的安全及性能有積極意義功能。目前應用的因素之一，傳統(tǒng)的氧化物包覆方案如：Al2O3 以及TiO2已經(jīng)被成熟的應(yīng)用于 Forge Nano 中試級(jí) PALD 粉末包覆生產(chǎn)中，更多的配方正在被學(xué)術(shù)界驗(yàn)證中預期。LCO善於監督，NCM，NCA就能壓製，LMO 以及 LMNO 等正極體系以及石墨負(fù)極均已驗(yàn)證可通過(guò) ALD 包覆實(shí)現(xiàn)安全與性能的明顯提升更合理。針對(duì)涂層材料的研究也表明，高價(jià)氧化物（ZrO2強大的功能、CeO2實際需求、V2O5）也被證明比氧化鋁包覆擁有更好的離子電導(dǎo)率以及容量保存能力。而磷酸鹽（AlPO4優勢、FePO4）以及含鋰化合物（LiAlO2善謀新篇、LiTaO3、LiAlF4）具備更好的離子電導(dǎo)以及抗電解質(zhì)侵蝕能力便利性。

除了傳統(tǒng)的 Al₂O₃ 包覆方法，更多的 ALD 工藝被應(yīng)用在包覆改性研究中

ALD 包覆生產(chǎn)成本的挑戰(zhàn)

除了效果外，成本控制也是 PALD 量產(chǎn)時(shí)需要面臨的挑戰(zhàn)提供有力支撐。目前切實把製度，F(xiàn)orge Nano 已可將年處理量 3000-6000 噸的氧化物包覆成本控制在 ＄0.5/kg 以下，而含鋰化合物以及磷酸鹽工藝在 ＄1/kg 左右自行開發∵M行部署？紤]到粉末包覆對(duì)前驅(qū)體使用量幾何級(jí)的增長(zhǎng)責任，對(duì)于價(jià)格敏感的電極材料，實(shí)驗(yàn)室配方需要依賴于更低廉可靠的前驅(qū)體開(kāi)發(fā)保護好，才有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的可能組建。（詳見(jiàn)??：普羅米修斯助力 Air Liquid 開(kāi)展前驅(qū)體開(kāi)發(fā)）

PALD 生產(chǎn)的成本

安全性提升與包覆涂層的作用機(jī)制

PALD 技術(shù)包覆的涂層可保護(hù)電極，避免與電解質(zhì)反應(yīng)特點，因?yàn)楫?dāng)電池在高電壓與溫度運(yùn)行時(shí)深刻變革，液體電解質(zhì)極為不穩(wěn)定，副反應(yīng)頻發(fā)和諧共生，帶來(lái)安全隱患質生產力。

電池安全問(wèn)題往往與內(nèi)部反應(yīng)息息相關(guān)

1. 減少金屬遷移及副產(chǎn)物沉積

涂層可以穩(wěn)定電極表面，降低金屬?gòu)恼龢O表面遷移科技實力，從而防止活性材料溶解和電池容量損失。此外防止金屬離子遷移和電解質(zhì)分解的副產(chǎn)物在負(fù)極表面的沉積（天然 SEI 膜）建設，可在電池循環(huán)時(shí)保持低電阻在此基礎上。這對(duì)降低產(chǎn)氣，保持容量有較大的益處前來體驗。

2. 增強(qiáng)離子電導(dǎo)

超薄涂層還通過(guò)降低電池充放電過(guò)程中正極嵌鋰/脫鋰的勢(shì)壘自主研發，從而提高鋰離子導(dǎo)電性。降低電池電阻的反過(guò)來(lái)會(huì)實(shí)現(xiàn)電池更高的容量保持率更加廣闊。當(dāng)然損耗，實(shí)現(xiàn)這一功能與電極材料及包覆涂層的種類工藝都有較大關(guān)系。離子電導(dǎo)的提升可以有效防止內(nèi)阻升高伴生的自生熱保持穩定，有效規(guī)避熱失控總之。

3. 力學(xué)性能穩(wěn)定

物理壓力會(huì)對(duì)各種電池組件的循環(huán)帶來(lái)安全隱患。ALD 工藝提供的機(jī)械和電化學(xué)屏蔽效果使溫度波動(dòng)和快速充電/放電等外部變化帶來(lái)的沖擊更小支撐作用。

ALD 涂層在安全測(cè)試中的表現(xiàn)

· 針刺實(shí)驗(yàn)

針刺實(shí)驗(yàn)也是用于模擬鋰離子電池內(nèi)短路的一種方法研學體驗，其基本原理是利用一根金屬針，以一定的速度緩慢的插入到鋰離子電池的內(nèi)部最為突出，從而引起電池內(nèi)部短路落實落細，此時(shí)整個(gè)鋰離子電池的電量都在通過(guò)短路點(diǎn)進(jìn)行釋放，從而引起電池的熱失控高效化。

事實(shí)上製高點項目，很多已投入應(yīng)用的電池都無(wú)法通過(guò)針刺實(shí)驗(yàn)，而 Forge Nano 進(jìn)行包覆的電極範圍和領域，在高壓下?lián)碛懈叩尼槾虒?shí)驗(yàn)通過(guò)率有所增加。雖然 ALD 包覆涂層無(wú)法提供 100% 的保障，但確實(shí)有效的改善了電池在高壓條件下的熱失控風(fēng)險(xiǎn)更高要求。

ALD 包覆可實(shí)現(xiàn)高電壓下更高的針刺實(shí)驗(yàn)通過(guò)率

· 減少枝晶

由于電池循環(huán)過(guò)程中的死鋰沉積反應能力，以及過(guò)度金屬溶解都會(huì)促進(jìn)枝晶的生長(zhǎng)共謀發展，從而引起電池鼓包甚至刺穿，造成熱失控結構重塑。通過(guò) ALD 包覆涂層可有效降低金屬的溶解以及死鋰聽得懂，從而降低枝晶的生長(zhǎng)速率。

ALD 涂層有效減少 NCM 811 體系電池中枝晶生長(zhǎng)引起的變形鼓包

· 減少自生熱

電池?zé)崾Э氐脑搭^在于內(nèi)部的自生熱以及散熱效率過(guò)低高質量發展，通過(guò) ARC 測(cè)試全方位，逐步加熱電池，直到它們不再穩(wěn)定并發(fā)生熱失控影響力範圍，從而模擬電池失效的過(guò)程大局。以 NCM 811 體系為例，ALD 包覆可有效提升熱失控溫度邁出了重要的一步，降低自生熱及升溫速率有序推進，從而有效降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)優(yōu)化散熱需求，ALD 包覆可減少 30% 的最大升溫率以及 40% 的自生熱堅定不移。

ALD 包覆降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)

· 過(guò)充/放電風(fēng)險(xiǎn)降低與放氣

在電池使用過(guò)程中，過(guò)放電會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極過(guò)度脫鋰更讓我明白了，造成 SEI 膜分解推進高水平，產(chǎn)生大量有害氣體。而當(dāng)再次充電后拓展應用，新的 SEI 膜形成生產創效，但改變了界面，從而使電阻增加管理，使電池容量降低優化上下。同時(shí)，不匹配的電壓會(huì)造成極點(diǎn)反轉(zhuǎn)模樣，會(huì)引起異常發(fā)熱不斷創新，引起熱失控。而經(jīng) Forge Nano 的 ALD 包覆工藝后提供了遵循，過(guò)度充/放電對(duì)于涂層的影響較低參與水平，因此可阻止有害氣體的產(chǎn)生，降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)服務效率。

ALD 降低 NCA 與 NCM 體系放氣以及過(guò)充電風(fēng)險(xiǎn)

小結(jié)

對(duì)于消費(fèi)者而言明確相關要求，安全性時(shí)不容忽視的關(guān)鍵話題，而如何平衡安全性與電池性能間的關(guān)系統籌發展，則是電池生產(chǎn)商需要攻克的難題深化涉外。PALD 包覆作為有效的綜合改性手段，可提升電池整體安全以及電化學(xué)性能。

關(guān)于鋰電安全開展試點，精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)分析至關(guān)重要攜手共進。下一期我們將為大家介紹掃描電鏡及制樣技術(shù)在鋰電安全分析中的應(yīng)用，建立微觀結(jié)構(gòu)與安全性之間的關(guān)聯(lián)推進一步，對(duì)于改善工藝有積極的意義經過。

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