高鎳層狀材料的研究對鋰電池正極材料具有重要意義
來源：存能電氣 日期：2020-01-08 16:43 瀏覽量：次
高鎳層狀材料的研究對鋰電池正極材料具有重要意義。鋰電池已廣泛應用于便攜式電子設備，并逐步向電動交通工具、高效儲能電站等拓展。目前相比于已開始商業化的高容量的Si/C負極材料，正極材料成為了限制鋰電池性能提升的關鍵。高鎳層狀氧化物由于高的質量/體積能量密度、優異的倍率性能及較低的成本優勢等，被認為是有希望的下一代高能量鋰電池正極材料。
高鎳層狀材料的研究對鋰電池正極材料具有重要意義
鋰電池具有多種正極材料，層狀結構的LiCoO2是當前主要的商品化鋰電池正極材料，其綜合性能優異但成本較高，Co存在毒性，制約了其更大規模應用。高鎳正極材料(Ni≥80％)相比于傳統的層狀LiCoO2具有高比容量、低成本、長壽命等優點，是目前國內外的研究熱點，已逐漸進入商品化應用階段，被認為是極具應用前景的鋰離子動力電池正極材料。
層狀結構NCM中鎳是主要的氧化還原反應元素，因此提高鎳含量可以有效提高NCM的比容量高鎳含量NCM材料具有高比容量和低成本的特點，但也存在容量保持率低，熱穩定性能差等缺陷，使其商業化難度大。高鎳NCM材料的性能和結構與制備工藝緊密相關，不同的制備過程與條件直接影響產品的最終結構和性能。
高鎳NCM正極材料其晶體電子結構特征以及鎳含量變化對、制備方法和摻雜和包覆改性對高鎳材料性能有重要影響。然而高容量和高循環性能之間難以妥協，適當降低材料和充放電容量以換取更長循環壽命是工業企業值得考慮的方案。
我國在高鎳鋰電層狀正極材料領域新突破
與目前商業化的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鋰電池材料相比，高鎳層狀材料具有容量高和成本低的優勢，是下一代動力電池正極材料的首選之一。然而其較差的循環穩定性和倍率性能成為制約其商業化應用的主要因素，這和高鎳正極材料的表面結構和化學特性有很大的關系。
通過鈷元素的摻雜和煅燒工藝(煅燒溫度、煅燒氣氛和保溫時間)的優化，大大降低了高鎳層狀氧化物熱處理過程中Li元素的流失和結構表面NiO型熔巖相的形成，獲得了具有高層狀結構有序度的LiNi0.8Co0.2O2，其Ni2+/Li+陽離子混排率低于2%。
在高鎳正極材料的表面結構和化學特性方面的研究，我國取得了新進展。近日由北京大學深圳研究生運用原位同步輻射X-射線衍射譜、X-射線吸收譜(XPS)、掃描透射顯微鏡-電子能量損失譜結合電化學表征，對鋰電池高鎳層狀氧化物材料在制備過程中的表面重構現象及相關機理進行了深入研究，
目前高鎳三元材料是鋰電池材料發展的主流方向之一。研究高鎳材料的表面結構，找出影響其電化學性能的結構起源和機理，對于提升高鎳材料的電化學性能，加快其產業化進程，具有十分重要的意義。
高鎳NCM正極材料性能很大程度上取決于顆粒的尺寸和形貌，因此制備方法大多集中于將不同原料均勻分散，得到小尺寸、比表面積大的球形顆粒。高鎳NCM正極材料存在陽離子混排和充放電過程中相變等缺點，摻雜改性和包覆改性能夠有效改善這些問題，在抑制副反應發生和穩定結構的同時，提高導電性、循環性能、倍率性能、存儲性能以及高溫高壓性能，仍將是研究的熱點。
