中國粉體網(wǎng)訊 “雙碳”背景下,，我國新能源領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)入新階段，電池是新能源領(lǐng)域關(guān)鍵產(chǎn)品,，正極材料是影響二次離子電池壽命,、充放電速度和續(xù)航能力等關(guān)鍵性能的核心材料，當(dāng)前正極材料性能提升成為我國新能源行業(yè)發(fā)展的瓶頸,。
鎳基層狀正極材料具有高能量密度,、環(huán)境友好等優(yōu)勢，是最具發(fā)展前景的鋰/鈉離子電池用正極材料,。但鎳基層狀正極材料結(jié)構(gòu)和表/界面穩(wěn)定性較差,、容量衰減嚴(yán)重等問題限制了其進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。
鎳基層狀正極材料包括鎳基三元正極材料LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1)和鎳基正極材料P2-NaxTMO2(x≤0.67),。
鎳基三元正極將三類一元材料的優(yōu)勢集合在一起,，實(shí)現(xiàn)高比容量、高能量密度和高電壓平臺等優(yōu)勢,，這也使得它從眾多正極材料中脫穎而出,。Ni、Co和Mn的協(xié)同作用,，很大程度改善了材料的電化學(xué)性能,，同時，通過調(diào)整元素配比,，可以得到不同性能的材料,。
三元鎳基正極材料可以提高容量降低生產(chǎn)成本，電化學(xué)活性的提高主要?dú)w結(jié)于 Ni元素,，但是當(dāng)Ni含量增加時,，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將會經(jīng)受很大的考驗(yàn)。原因主要?dú)w結(jié)在以下幾個方面：
（1）主體結(jié)構(gòu)演變
鎳基正極材料中,，Ni2+與 Li+半徑相似,，充/放電過程中固有的 Ni/Li陽離子無序，形成無序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu),。相變后的結(jié)構(gòu)電化學(xué)活性差,，明顯增加了電池電阻，也影響電極材料的可逆容量,。
（2）表面副反應(yīng)
提高正極Ni含量,，高價(jià)Ni離子的數(shù)量增加，即 Ni3+和 Ni4+,，后者由于低能LUMO 而容易減少,，容易與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。Ni4+-O鍵的共價(jià)性增強(qiáng),，O2的釋放更容易,，可能導(dǎo)致正極的降解。
（3）裂紋的產(chǎn)生
充/放電過程中,，Li離子從晶格中反復(fù)脫/嵌,，會引起c軸的膨脹以及 a、b方向晶格的收縮,，結(jié)構(gòu)體積的不斷變化會在材料內(nèi)部產(chǎn)生局部應(yīng)力,，并逐步形成裂紋。而電解液能沿著裂紋逐步滲入到顆粒內(nèi)部,，并在一次顆粒表面生成NiO相,，極大的增加了電化學(xué)性能惡化的速度。最明顯的影響則是材料可逆容量的損失,，以及裂紋引發(fā)新表面生成,，這些面一旦暴露在電解液中便促進(jìn)了腐蝕和相變的進(jìn)程，電解液進(jìn)入顆粒內(nèi)部后也會促進(jìn)體相腐蝕,。
針對上述鎳基層狀正極材料出現(xiàn)的容量以及結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題,，目前主要采取體相摻雜、納米涂層,、核殼結(jié)構(gòu)和濃度梯度結(jié)構(gòu)等策略,。
在正極材料上進(jìn)行的改性研究
2023年8月，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會”,。我們有幸邀請到長沙理工大學(xué)材料學(xué)院的李靈均副院長為我們帶來題為《鎳基層狀正極材料的制備與短流程改性研究》的報(bào)告,。
本報(bào)告介紹了課題組在鎳基層狀正極材料制備、性能影響要素和短流程改性策略等方面的研究進(jìn)展,，探討了前驅(qū)體形貌,、元素配比等對鎳基層狀正極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響規(guī)律，提出了一步固相法制備體相摻雜和表面包覆雙重修飾的正極材料,，揭示了不同改性元素在高溫?zé)崽幚磉^程的固相擴(kuò)散規(guī)律及改性機(jī)制,，為實(shí)現(xiàn)該類材料在鋰/鈉離子電池中的大規(guī)模應(yīng)用提供了新的理論和方法。
李靈均,，長沙理工大學(xué)材料學(xué)院教授,、副院長。主持國家自然科學(xué)基金2項(xiàng),、湖南省杰出青年基金及企業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目10余項(xiàng),，先后入選湖南省湖湘青年英才、長沙市杰出創(chuàng)新青年和湖南省高校青年骨干教師培養(yǎng)對象,，以第一完成人獲湖南省自然科學(xué)二等獎1項(xiàng),。
主要從事二次電池及關(guān)鍵材料方面的研究,。以第一作者或通訊作者在Adv. Funct. Mater., J. Energy Chem., Nano Res., J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces等重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文30余篇，被引用3000余次,，其中ESI熱點(diǎn)論文3篇,，參編學(xué)術(shù)著作1部，獲授權(quán)國家發(fā)明專利12項(xiàng),。研究工作榮獲2019年中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文,，并獲科技日報(bào)等主流媒體報(bào)道。兼任中國有色金屬學(xué)會新能源材料發(fā)展工作委員會委員和Rare Metals青年編委,。
參考來源：
1.萬惠 鋰/鈉離子電池鎳基層狀正極材料結(jié)構(gòu)演變及摻雜改性
2.常毅 鋰離子電池高容量層狀正極材料研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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