高容量NCM811材料替代中低鎳NCM材料是提升三元鋰離子電池鋰電池能量密度的有效方法。高鎳NCM具有高比容量和低成本的優(yōu)勢，但也存在循環(huán)性能較差，熱穩(wěn)定性能差等缺陷，因而限制高鎳NCM材料的產(chǎn)業(yè)化應用。為探究高鎳NCM電極材料性能，以NCM811/石墨體系軟包電芯為研究對象，對其進行常溫及45℃充放電循環(huán)測試，使用鳳谷鋰電材料高溫回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)粉體原材料，并分析不同溫度條件下循環(huán)前后材料晶體結(jié)構(gòu)、形貌等的變化，明確循環(huán)衰減的主要影響因素，并有針對性的提出改善方案。根據(jù)鋰離子電池的熱行為進行合理的熱管理設(shè)計是保證鋰離子電池安全、可靠運行的根本。

目前關(guān)于鋰離子動力電池的熱行為研究主要是針對新鮮電池(經(jīng)化成、分容后的全新電池)，而對電池的安全性及電池熱行為變化的研究應貫穿于電池的整個運行周期。因此，從電池設(shè)計、熱管理設(shè)計以及其對電池性能及產(chǎn)熱影響的角度考慮，電池在初始狀態(tài)和長期應用后(電池阻抗增加和容量衰減)的熱行為研究同等重要。Sato等[5]針對長期擱置存儲后的18650型電池( LiNio.。Coo. is Al0o.o 02 ( NAT)/hard carbon)， 采用量熱儀研究了小倍率0.1C和1.0C充放電條件下的熱行為。發(fā)現(xiàn)不同失效程度的電池產(chǎn)熱量受電流的影響較大，小電流(0.1C)充放電下區(qū)別不大，而1.0C充放電下，電池產(chǎn)熱量隨失效程度增大而增加。長期擱置和循環(huán)均會導致電池容量的衰減和熱特性的改變。

此外，為滿足新一代電動汽車的需求，新型高比能鋰離子動力電池是備受關(guān)注的重要研究對象之一，尤其是以高鎳三元材料( LiNig. ,CooisMno.1sO2)為正極的鋰離子動力電池，其性能研究及熱行為分析方面的相關(guān)報道比較少，而在結(jié)合循環(huán)失效及電池產(chǎn)熱方面的相關(guān)報道更少。高鎳NCM材料循環(huán)衰減的原因來自于內(nèi)阻變化，循環(huán)后材料Li/Ni離子混排度增加，高溫循環(huán)使材料層狀結(jié)構(gòu)破壞，鋰離子遷移受阻；循環(huán)后材料出現(xiàn)微裂紋/裂紋或嚴重粉化現(xiàn)象，致使活性粒子接觸不良，增加電池內(nèi)阻和材料比表面積，加劇與電解液副反應；正極材料過渡金屬溶出并沉積在負極也會造成電池容量衰減。此外，負極表面SEI膜顯著增加，造成Li+消耗及電池內(nèi)阻增長。通過對正極材料進行離子摻雜改性，可降低循環(huán)過程中晶格體積縮小風險，進而改善電化學性能及熱穩(wěn)定性。改善后，45℃循環(huán)1000次，容量保持率由80%上升至87%，循環(huán)性能有明顯提升。