中國粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池具有綠色環(huán)保、能量轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展鋰離子電池產(chǎn)業(yè)是實現(xiàn)我國碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的重要途徑之一。在當(dāng)前的鋰離子電池技術(shù)框架下，正極材料是決定電池成本和性能的關(guān)鍵。目前應(yīng)用最廣泛的正極材料主要有LiNi_xCo_yMn_zO₂(NCM)和 LiNi_xCo_yAl_zO₂(NCA)高鎳三元材料，其中鈷元素在上述材料中大量使用。由于不可再生的Co資源全球稀缺，價格波動且昂貴，且本身具有毒性，因此高鎳無鈷正極材料成為當(dāng)前最新研究熱點(diǎn)。

高鎳二元正極材料具有高比容量、低成本和低污染的優(yōu)點(diǎn)。但Co的缺失直接會導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性減弱，包括材料內(nèi)部較大的鋰鎳混合引起的材料不可逆結(jié)構(gòu)相變，高溫下的熱不穩(wěn)定性，較大的表面不穩(wěn)定性如殘余鋰，從而影響材料的電化學(xué)性能如較大的不可逆容量、較差的容量保持率和倍率性能。

殘余鋰在高鎳正極材料表面的出現(xiàn)是無可避免的，其主要的存在形式為LiOH和Li₂CO₃等。主要由以下兩個原因?qū)е拢菏紫�，為了補(bǔ)償正極材料高溫煅燒過程中的鋰損失，通常在混鋰過程中加入過量氫氧化鋰，經(jīng)高溫煅燒后仍有少量殘留在正極材料表面并與空氣中的H₂O、O₂和CO₂反應(yīng)；其次，隨著正極材料中Ni含量升高，需要采用較低的煅燒溫度和更高的氧純度，在一定程度上促進(jìn)了殘鋰層的生成。

這些殘余鋰化合物會產(chǎn)生一些不良的影響:

1.殘余鋰化合物導(dǎo)致正極材料表面高堿性（pH>11），引發(fā)聚偏氟乙烯（PVDF）黏合劑的脫氟化，這種行為會導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，黏度急速增加，最終在正極涂布過程中形成凝膠，使正極力學(xué)性能惡化。

2.殘余鋰化合物的生成過程加速了電解質(zhì)（LiPF₆）的分解，使顆粒表面附著一層氟化鋰絕緣層，從而阻止Li⁺的擴(kuò)散。

3.LiOH 和Li₂CO₃在高壓情況下易分解，導(dǎo)致比容量下降。

表面殘余鋰的去除方式主要有水洗、二次煅燒和表面包覆氫氧化物等方式。為去除殘余鋰，實際生產(chǎn)中廣泛采用水洗或酸洗工藝，并在之后煅燒以恢復(fù)其性能，然而，額外的表面清潔工藝步驟，不僅延長了生產(chǎn)時間，且水洗、煅燒后高鎳正極材料也很難恢復(fù)到初始性能。

表面包覆改性是改善高鎳正極材料電化學(xué)性能的常用策略之一。表面涂層可以有效解決高鎳材料存在的空氣不穩(wěn)定性的問題，通過加入過量的元素組成，使其在體相內(nèi)部均勻分布的同時還有剩余的離子進(jìn)一步擴(kuò)散到材料表面形成類包覆層，進(jìn)而提高材料表面的空氣穩(wěn)定性。

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 電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院的劉興泉教授為我們帶來題為《高鎳二元正極材料及其改性研究》的報告。

高鎳二元正極材料具有極高的能量密度，但由于其高鎳含量而導(dǎo)致的高濃度表面殘堿的強(qiáng)堿性，使該材料的安全性能、循環(huán)性能和加工性能均不佳。本報告旨在通過特殊的包覆物設(shè)計和包覆物選擇及包覆處理策略，能夠顯著降低其表面殘堿含量，不僅明顯改善了高鎳二元正極材料的加工性能，而且顯著提高了循環(huán)性能和高溫性能，并從理論和實踐兩個維度對該材料的包覆改性效果和機(jī)理進(jìn)行了初步探索。本工作為該材料的進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐。

劉興泉，男，1964年04月23日生，四川省南部縣人，理學(xué)博士，中國民盟盟員，中組部、中國科學(xué)院“西部之光”人才，中國科學(xué)院研究生院教授，博士生導(dǎo)師；電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院二級教授，博士生導(dǎo)師；中國能源學(xué)會理事；國家能源材料與器件專家委員會常務(wù)委員；2021年中國科學(xué)家論壇“十四五”高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)新人物，2023年中國科學(xué)家論壇副主席。1983年09月~1987年07月在四川大學(xué)化學(xué)系讀本科，獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位；1987年09月~1990年06月在北京大學(xué)化學(xué)系攻讀碩士學(xué)位研究生，獲理學(xué)碩士學(xué)位；1997年09月~2000年06月在中國科學(xué)院研究生院成都有機(jī)化學(xué)研究所攻讀博士學(xué)位研究生，獲理學(xué)博士學(xué)位。

目前研究領(lǐng)域：全固態(tài)鋰/鈉電池用固體電解質(zhì)、高能量密度鋰/鈉離子電池新型電極材料設(shè)計與制備技術(shù)；鈉離子電池及其電極材料；鋰硫電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究；常溫常壓下電化學(xué)催化合成氨、電化學(xué)催化分解水制氫和氧；鋅離子電池及應(yīng)用。

參考來源：

1.王長平等 鋰離子電池高鎳正極材料的合成與改性研究進(jìn)展

2.李金濤等 高鎳正極材料的穩(wěn)定改性方法研究綜述

3.王亞松 鎳錳二元富鎳正極材料的合成與機(jī)理研究

4.李港華 高鎳LiNi_0.85Mn_0.15O₂正極材料的合成、改性及性能研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）

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