锂离子电池三元正极材料的分析研究进展

合集下载

锂离子电池正极材料的颗粒形态控制方法研究进展

锂离子电池正极材料的颗粒形态控制方法研究进展锂离子电池是现代社会不可或缺的能源储备设备之一，其正极材料是影响其性能和寿命的重要因素之一。

在锂离子电池的正极材料颗粒形态控制方面，近年来得到了广泛关注和研究。

本文将讨论锂离子电池正极材料的颗粒形态控制方法的研究进展。

一、锂离子电池正极材料的颗粒形态及其对性能的影响1、颗粒形态锂离子电池的正极材料主要是铁酸锂、三元材料（如LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O_2）等。

这些材料的颗粒形态主要包括球形、棒状、板状等形态。

不同形态的颗粒对电池的性能有不同的影响。

一般来说，颗粒形态越规则，电池的循环性能和容量衰减就越小。

2、颗粒形态对性能的影响锂离子电池正极材料的颗粒形态对电池的性能有重要影响。

一般来说，颗粒形态越规则，电池的循环性能和容量衰减就越小。

较规则的颗粒可以使电池的容量更加稳定，并且使电化学反应的速率更加均匀。

此外，颗粒形态还会影响电池的充放电速率、比容量、能量密度、循环寿命等性能指标，因此，精确控制锂离子电池正极材料的颗粒形态非常重要。

二、锂离子电池正极材料的颗粒形态控制方法1、水热法水热法是一种将化学物质溶解在水中，然后通过加热和压力控制来形成晶体的方法。

利用水热法制备材料的主要优点是可以控制颗粒形态和粒径分布。

在制备锂离子电池正极材料中，水热法被广泛应用于制备规则的颗粒，其中锂铁磷酸锂（LiFePO_4）是一种重要的正极材料。

水热法制备的LiFePO_4晶粒尺寸分布窄，颗粒均匀、规则，对于电池的性能表现非常好。

2、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将某些特定的化学物质混合在一起，形成一个稠密的凝胶，然后再通过热处理使其变成参同科（ceramic）材料的方法。

该方法被广泛用于制备复杂两性物质的颗粒形态控制。

在锂离子电池的正极材料制备中，溶胶-凝胶法制备的颗粒分布均匀、尺寸较小，使得电池有更好的性能表现。

3、电化学法电化学法指的是利用电化学反应控制颗粒的生长和分散，从而达到精确控制颗粒形态和尺寸分布的一种方法。

三元材料

锂离子电池三元正极材料的研究进展摘要：本文综述了锂离子电池正极材料层状三元过渡金属氧化物Li-Ni-Co-Mn-O的研究进展，讨论了三元材料的结构特性与电化学反应特征，重点介绍了三元材料的制备方法和掺杂、表面修饰等改性手段，并分析了三元材料目前存在的问题和未来的研究重点。

关键词：锂离子电池；Li-Ni-Co-Mn-O；层状结构；制备方法；改性1、引言锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐[1, 2]，但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。

正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。

目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。

其中，钴酸锂（LiCoO2）制备工艺简单，充放电电压较高，循环性能优异而获得广泛应用。

但是，因钴资源稀少、成本较高、环境污染较大和抗过充能力较差，其发展空间受到限制[3, 4]。

镍酸锂（LiNiO2）比容量较大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差[5]。

锰酸锂除了尖晶石结构的LiMn2O4外，还有层状结构的LiMnO2。

其中层状LiMnO2比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在Jahn-Teller效应而循环性能较差[6]。

尖晶石结构LiMn2O4工艺简单，价格低廉，充放电电压高，对环境友好，安全性能优异，但比容量较低，高温下容量衰减较严重[7]。

磷酸铁锂属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，但存在放电电压低（3.4V）、振实密度低、尚未批量生产等不足。

上述几种正极材料的缺点都制约了自身的进一步应用，因此寻找新的正极材料成了研究的重点。

LiCoO2，LiNiO2同为α-NaFeO2结构，且Ni、Co、Mn为同周期相邻元素，因此它们能以任意比例混合形成固溶体并且保持层状结构不变，具有很好的结构互补性。

锂离子电池三元镍钴锰正极材料研究现状综述

三元系锂电池正极材料研究现状摘要：综述了近年来锂离子电池层状Li-Ni-Co-Mn-O正极材料的研究进展，重点介绍了正极材料LiNi l/3Co l/3Mn l/3O其合成方法电化学性能以及掺杂、包覆改性等方面的研究结果。

三元系正极材料的结果：LiMn x Co y Ni1-x-y O2具有α-2NaFeO2层状结构。

Li原子占据3a位置,Ni、Mn、Co随机占据3b位置,氧原子占据6c位置。

其过渡金属层由Ni、Mn、Co 组成,每个过渡金属原子由 6 个氧原子包围形成MO6 八面体结构,而锂离子嵌入过渡金属原子与氧形成的(MnxCo yNi1-x-y) O2层之间。

在层状锂离子电池正极材料中均有Li+与过渡金属离子发生位错的趋势,特别是以结构组成中有Ni2+存在时这种位错更为突出。

抑制或消除过渡金属离子在锂层中的位错现象是制备理想α-2NaFeO2结构层状正极材料的关键，在LiMn x Co y Ni1-x-y O2结构中, Ni2+的半径( rNi2+=0.069nm)与Li+的( rLi+=0.076nm)半径接近,因此晶体结构会发生位错,即过渡金属层中的镍原子占据锂原3a的位置,锂原子则进驻3b位置。

在Li+层中,Ni2+的浓度越大,则Li+在层状结构中脱嵌越困难,电化学性能越差。

而相对于LiNiO2及LiNi x Co1-x-y O2,LiMn x Co y Ni1-x-y O2中这种位错由于Ni 含量的降低而显著减少。

同时由于Ni2 + 的半径( rNi2 + =0. 069nm) 大于Co3+ ( rCo3+ = 0. 0545nm) 和Mn4 + ( rMn4 + =0. 053nm) ,LiMnxCo yNi1 - x - yO2 的晶格常数有所增加。

由于充分综合镍酸锂的高比容量、钴酸锂良好的循环性能和锰酸锂的高安全性及低成本等优点,利用分子水平的掺杂、包覆和表面修饰等方法来合成锰镍钴等多元素协同的复合正极材料,因其良好的研究基础及应用前景而成为近年来研究热点之一。

锂离子电池正极材料的研究进展

锂离子电池正极材料的研究进展锂离子电池正极材料的研究进展随着清洁能源的发展，锂离子电池作为一种高能量、高功率密度的电池，已被广泛应用于移动物体、电动汽车、储能系统等方面，锂离子电池中的正极材料是实现高性能锂离子电池的关键。

本文将从锂离子电池正极材料的发展历程、材料的结构与性能、新型材料的研究和应用等方面展开详细的介绍和分析。

一、锂离子电池正极材料的发展历程20世纪80年代中后期，最早的锂离子电池是由四种材料构成的：平板石墨负极、聚乙烯隔膜、液态电解质和金属氧化物正极。

但是，由于金属氧化物正极的电化学性能不佳，限制了锂离子电池的应用，于是人们开始研究新型的锂离子电池正极材料。

1990年，日产汽车公布了采用碳酸锂电解液和三元材料（LiCoO2）的锂离子电池作为电动汽车动力源的计划。

1997年，索尼公司发布了使用锰酸锂（LiMn2O4）作为正极材料的锂离子电池，在实验室内能够实现高达1000次充放电循环，在国际市场上得到了广泛的推广。

之后，锂离子电池正极材料的研究进入了全新的阶段，市场上出现了一大批新型材料，如LiFePO4、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2等，已成为锂离子电池领域中的热门研究方向。

二、锂离子电池正极材料的结构与性能锂离子电池正极材料的结构一般是层状结构、尖晶石结构、钠层化合物结构、硅基嵌入化合物结构、钙钛矿结构和氧化物渗透缺陷结构，其物理化学性质也有所不同。

LiCoO2是最早应用于锂离子电池的材料之一，其具有较高的理论容量和电化学效率，但是由于其参数退化、安全性差以及高的成本等问题，不断推进了对新型的锂离子电池正极材料的研究。

LiFePO4是一种锂离子电池正极材料，它具有高的理论容量、低的电化学电位和充电的极高可逆性，但是其电导率较低，电量功率较低，在高功率环境下却发生了否决性的出现。

LiMn2O4是一种高性能的锂离子电池正极材料，其较高的电化学反应速度能够有效提高锂离子电池的安全性，但是容易发生相关的氧化还原反应，导致容量的降低。

锂离子电池三元高镍正极材料的改性及电化学性能研究

锂离子电池三元高镍正极材料的改性及电化学性能研究摘要：为了提高锂离子电池的性能，本研究采用了化学共沉淀法制备了三元高镍正极材料。

随后，对其进行了改性处理，包括高温焙烧、表面修饰和掺杂等方法，并研究了不同改性方法对其电化学性能的影响。

结果表明，采用掺杂方法改性的三元高镍正极材料具有更好的电化学性能，其中最佳掺杂剂为钴和铁，能够显著提高其比容量和循环寿命。

关键词：锂离子电池；三元高镍正极材料；改性；电化学性能引言锂离子电池是目前最广泛应用的一种可充电电池，具有高能量密度、长循环寿命等优点。

其中正极材料是决定电池性能的关键因素之一，而三元高镍正极材料由于具有高的比容量和低的成本，在近年来受到了广泛的研究。

然而，其电化学性能仍存在一些缺陷，如循环寿命短、容量衰减等问题。

因此，如何改善其性能成为了当前研究的重要方向之一。

方法本研究采用化学共沉淀法制备了三元高镍正极材料，其中镍、钴、锰的质量比为5:3:2。

随后，对其进行了高温焙烧、表面修饰和掺杂等方法进行改性处理。

结果与讨论通过扫描电镜和透射电镜等实验手段对样品进行了形貌和结构表征，发现掺杂元素的引入能够显著改变材料的颗粒形貌和晶体结构。

同时，改性后的三元高镍正极材料具有更优异的电化学性能，在充放电容量、循环寿命等方面均有明显提高。

其中，采用掺杂方法改性的样品具有最佳的性能表现，钴和铁掺杂元素的引入能够显著提高其比容量和循环寿命，且其性能稳定性较高。

结论本研究通过对三元高镍正极材料进行改性处理，发现掺杂方法能够显著提高其电化学性能，其中最佳掺杂元素为钴和铁。

该研究为提高锂离子电池性能提供了新思路和方法。

离子电池是目前最常用的可充电电池之一，在诸多领域得到广泛应用，比如移动通信、电动汽车、储能系统等。

其中，三元高镍正极材料由于其高比容量、低成本等优点而备受研究者们的关注，然而其电化学性能仍存在不足之处，主要体现在循环寿命短、容量衰减等方面。

因此，如何提高该材料的性能成为当前研究的热点问题之一。

火焰喷雾热解制备锂离子电池三元正极材料研究进展

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 2 期火焰喷雾热解制备锂离子电池三元正极材料研究进展陈国徽，王君雷，李世龙，李金宇，徐运飞，罗俊潇，王昆（天津大学先进内燃动力全国重点实验室，天津 300072）摘要：电化学储能技术的发展与电动汽车的大规模应用可有效降低碳排放；锂离子电池能量密度高，循环寿命长，是锂电储能技术与电动汽车的核心部件，其容量的提升主要受到正极材料的限制；锂离子电池三元正极材料具有污染小、成本低、性能高、容量大等方面的优点。

传统液相法和高温固相法制备三元正极材料步骤烦琐、耗时长，不利于工业放大；火焰喷雾热解方法（flame spray pyrolysis ，FSP ）可一步制备三元正极材料，合成效率高，合成过程中无废液产生，对环境友好且易于工业化放大生产，近年来受到广泛关注。

本文综述了近几年FSP 方法制备三元正极材料的研究进展，首先简要介绍了FSP 的发展简史、基本原理、典型装置和主要优势，其次展开分析了前体溶液组成、温度条件以及退火条件等制备条件对三元正极材料组成、结构、微观形貌以及电化学性能的影响，然后简述了FSP 在三元正极材料改性和沉积技术方面的最新研究进展，最后展望了FSP 制备三元正极材料的未来发展趋势。

关键词：火焰喷雾热解；锂离子电池；三元正极材料；电化学性能中图分类号：TK02 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）02-0971-13Progress in synthesis of ternary cathode materials for lithium-ionbatteries by flame spray pyrolysisCHEN Guohui ，WANG Junlei ，LI Shilong ，LI Jinyu ，XU Yunfei ，LUO Junxiao ，WANG Kun(State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: The development of electrochemical energy storage technologies and the large-scale application of electric vehicles are critical for the reduction of carbon emissions. Lithium-ion batteries are the core components of electric energy storage technologies and electric vehicles with high energy densityand long cycle life, yet their capacity is mainly limited by cathode materials. Ternary cathode materials have the advantages of light pollution, low cost, high performance and large capacity. However, the conventional wet chemistry and high-temperature solid-state methods are usually multi-step procedures and time-consuming, which are the major hurdlers for commercialization. The flame spray pyrolysis (FSP) method has attracted wide attention, given that it can produce ternary cathode materials in one step without waste produced during the synthesis process and thus has little impact on the environment. The present study reviewed the research progress in the preparation of ternary cathode materials by FSP method in recent years. Firstly, the history, advantages, basic principles and typical devices of FSP were综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0284收稿日期：2023-02-28；修改稿日期：2023-06-12。

单晶高镍三元正极材料研究进展

单晶高镍三元正极材料研究进展随着电动汽车市场的快速发展，研究并制造高性能的锂离子电池材料成为了十分重要的研究领域。

其中，正极材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一。

近年来，单晶高镍三元正极材料作为锂离子电池新型材料备受关注，并在实际应用中取得了不俗的成绩。

本文将就单晶高镍三元正极材料的研究进展进行综述。

一、单晶高镍三元正极材料概述单晶高镍三元正极材料指的是一类采用氧化镍、钴、锰为基本元素，通过调控材料结构与配方比例等参数，使之呈现单晶结构，用于制造锂离子电池正极材料的一种新型电池材料。

单晶高镍三元正极材料的主要组成成分为Ni、Co 和Mn，其晶体结构属于随机固溶体，分别属于岩盐型、红雨石型和层状钠离子石墨型。

该类材料的主要特点包括：高比容量、高能量密度、高充放电速率、较长的循环寿命、低价格等。

其中，高镍部分主要负责提供高比容量和高能量密度，而高钴和高锰部分主要用于提供循环稳定性和充放电速率等性能。

二、单晶高镍三元正极材料制备技术制备单晶高镍三元正极材料的方法主要包括逆微乳液法、高温固相法、溶胶-凝胶法、水热法等。

其中，逆微乳液法是一种能够制得单晶结构材料的有效方法。

该方法基于微乳液高度规则化分子扩散和反应，将镍、锰、钴的前体物在相应的界面反应生成单晶高镍三元材料。

同时，逆微乳液法也能制备出复合材料、组合材料等，具有广泛的应用前景。

三、单晶高镍三元正极材料性能研究单晶高镍三元正极材料自问世以来，其性能研究已成为众多研究者的热点研究领域。

目前已有诸多文献报道该类材料的电化学性能和其内在机理。

其中，研究发现，单晶高镍三元正极材料有着很高的比容量和能量密度，在高倍率放电时性能稳定，在循环寿命方面表现出色，且较低的价格使得其具有广阔的市场应用前景。

不过，由于其特殊的组成和结构，单晶高镍三元正极材料在电化学性能方面也存在着一些问题，如容量衰减速率快、放电平台过低、化学稳定性差等问题。

因此，后续的研究方向将针对这些问题做进一步深入的研究，以期弥补单晶高镍三元正极材料在某些方面的不足。

三元系锂电池正极材料研究现状

三元系锂电池正极材料研究现状三元系锂电池是目前商业化应用最为广泛的锂离子电池之一，其具有高能量密度、长循环寿命、低成本等优势，在电动汽车、储能系统等领域有着广泛的应用前景。

正极材料是三元系锂电池的关键组成部分之一，直接影响到电池的性能和性质。

本文将对三元系锂电池正极材料的研究现状进行详细介绍。

三元系锂电池的正极材料主要由锂镍钴锰氧化物（Li(NiCoMn)O2）和镍钴锰氧化物（NCM）两种材料构成。

以Li(NiCoMn)O2为例，目前已有三种不同的结构型式：层状结构（Layered）、尖晶石结构（Spinel）和沙漠铁酸锂（LFMO），分别对应着不同的化学式和晶格结构。

层状结构的锂镍钴锰氧化物（如NMC622、NMC622、NMC811等）具有较高的比容量和较好的电化学性能，目前已经商业化应用较为广泛。

尖晶石结构的锂镍钴锰氧化物（如NCM811、NCM811等）具有更高的充放电电压平台和较好的结构稳定性，但其合成工艺较为复杂，目前正在逐步推广应用。

沙漠铁酸锂结构的锂镍钴锰氧化物在结构稳定性和循环寿命方面表现出更优越的性能，但其能量密度相对较低，目前还处于研究阶段。

除了锂镍钴锰氧化物，锂钴氧化物（LiCoO2）也是一种常见的三元系锂电池正极材料。

与锂镍钴锰氧化物相比，锂钴氧化物具有较高的比容量和较好的循环稳定性，但其价格较高且含有的有毒重金属钴对环境造成的污染问题也引起了人们的关注。

此外，还有一些其他材料也被研究用作三元系锂电池的正极材料，如锰酸镍钴（LiMn2O4）和锰酸锂（LiMnO2）。

锰酸镍钴具有较高的循环寿命和较低的成本，但其比容量较低，目前主要用于低容量应用；锰酸锂具有较高的比能量和较低的成本，但其结构稳定性较差，需要通过改性来提高其循环寿命。

总体而言，三元系锂电池正极材料研究已经取得了很大的进展，不断涌现出新的材料和改性方法。

未来的研究重点将主要集中在提高材料的能量密度、提高循环寿命和安全性能，以满足电动汽车、储能系统等应用的需求。

锂离子电池正极三元材料的研究进展及应用

锂离子电池正极三元材料的研究进展及应用一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，锂离子电池作为一种高效、环保的能源储存和转换方式，已经在电动汽车、移动电子设备等领域得到了广泛应用。

其中，正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响到电池的能量密度、循环寿命和安全性能。

因此，研究和开发高性能的正极材料是锂离子电池领域的重要研究方向。

本文将对锂离子电池正极三元材料的研究进展和应用进行全面的综述，旨在探讨其发展趋势和未来应用前景。

本文将简要介绍锂离子电池的基本原理和正极材料的重要性。

然后，重点分析三元材料的结构特点、性能优势以及存在的问题和挑战。

接着，综述近年来三元材料在合成方法、改性技术和应用领域的研究进展，包括纳米化、复合化、掺杂等改性手段对三元材料性能的影响。

展望三元材料在未来的发展趋势和应用前景，提出可能的研究方向和建议。

通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和启示，推动锂离子电池正极三元材料的研究和应用进一步发展。

二、三元材料的基本性质三元材料，又称为三元正极材料，是锂离子电池中的关键组成部分，对电池的能量密度、功率密度以及循环寿命等性能起着决定性的作用。

其一般化学式可表示为LiNixCoyMn1-x-yO2 (NCM) 或LiNixCoyAlzO2 (NCA)，其中x、y、z为各元素的摩尔比例，可根据需要进行调整以优化材料的性能。

高能量密度：三元材料具有较高的比容量，这使得锂离子电池在相同体积或重量下能够存储更多的能量，因此适用于高能量需求的电子设备或电动车等领域。

良好的电化学性能：三元材料具有良好的电子导电性和离子迁移率，这有助于提高电池的充放电效率和循环稳定性。

其结构稳定，能够在充放电过程中保持结构的完整性，减少电池容量的衰减。

安全性：三元材料在高温下具有较好的热稳定性，能够有效防止电池热失控的发生。

同时，其结构中的元素均为无毒或低毒元素，对环境和人体健康影响较小。

锂离子电池正极材料的研究进展

锂离子电池正极材料的研究进展随着现代社会科学技术的不断发展，电池作为能量存储和转化的一种形式，已经成为了我们日常生活中必不可少的一部分。

其中，锂离子电池由于其重量轻、体积小、储能量大以及循环寿命长等优点，成为了当前最常用的电池类型之一。

而锂离子电池的核心组成部分便是正极材料，其性能的优劣直接决定了电池的性能。

因此，正极材料的研究一直是锂离子电池领域的重要研究课题。

本文将对锂离子电池正极材料的研究进展进行综述。

一、锂离子电池正极材料的种类及其优缺点在锂离子电池的正极材料中，最常见的是锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍钴铝氧化物（NCA）、锂铁磷酸（LiFePO4）、锂锰氧化物（LiMn2O4）和三元材料LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2（NCM）等。

这些材料具有不同的结构，性能和成本等特点，它们的使用也会受到电池的应用领域和终端设备的要求等多种因素的影响。

其中，锂钴氧化物作为第一代正极材料，具有高的储能量和较高的系统电压，但其价格昂贵，含有的钴元素资源匮乏，同时热稳定性和安全性能也有所欠缺；NCA具有高能量密度、长寿命和优异的功率性能，并且所含有的材料成分也比较丰富，但其制备成本较高，同时在高温和高电压下易发生失稳和过热等安全问题；LiFePO4的循环寿命长，热稳定性好，同时价格较为低廉，但它的理论储能量低、电导率差，同时在高功率放电和低温放电等情况下其性能明显下降；LiMn2O4具有低成本、高电导率和热稳定性好等优点，但其含有锰元素，易受到水解和氧气氧化等因素的影响，同时循环寿命也不如其他材料长；NCM作为新型锂离子电池材料，具有高能量密度、优异的耐热性和循环寿命等特点，但其价格较高，同时还存在着容量衰减快和失稳的问题。

总的来说，各种材料都具有各自的特点和适用范围，根据实际需求选择合适的正极材料十分必要。

二、锂离子电池正极材料的研究进展随着人们对新能源和环境保护要求的不断提高，锂离子电池在挑战和追求更高性能的过程中，锂离子电池正极材料也在不断地进行研究和改进。

废旧三元锂离子电池正极材料回收技术研究进展

废旧三元锂离子电池正极材料回收技术研究进展一、本文概述随着电动汽车和可再生能源存储系统的广泛应用，锂离子电池（LIBs）的需求正在快速增长。

然而，这种增长也带来了一个严重的问题：废旧锂离子电池的处置和回收。

其中，三元锂离子电池（NCA、NMC和LFP等）因其高能量密度和良好的性能而被广泛应用于各种电子设备中。

因此，废旧三元锂离子电池正极材料的回收技术研究显得尤为重要。

本文旨在全面概述废旧三元锂离子电池正极材料回收技术的最新研究进展。

我们将首先介绍三元锂离子电池的基本结构和工作原理，然后重点讨论目前主流的回收技术，包括物理法、化学法和生物法。

我们将详细分析这些技术的优点和缺点，以及在实际应用中所面临的挑战。

我们还将探讨未来废旧三元锂离子电池正极材料回收技术的发展趋势和可能的研究方向。

通过本文的综述，我们希望能够为研究者、工程师和政策制定者提供关于废旧三元锂离子电池正极材料回收技术的全面理解，并推动该领域的技术进步和实际应用。

二、废旧三元锂离子电池正极材料的组成与性质废旧三元锂离子电池正极材料主要由锂、镍、钴、锰（或铝）等元素组成，这些元素通过特定的化学反应形成了具有层状结构或尖晶石结构的化合物，如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM）或LiNi5Mn3Co2O2（NCA）等。

这些化合物在电池充放电过程中，通过锂离子的嵌入和脱出实现电能的存储和释放。

废旧三元锂离子电池正极材料的性质主要表现为其电化学性能、物理性能和化学稳定性等方面。

电化学性能方面，废旧正极材料应具有良好的充放电性能、高的能量密度和长的循环寿命。

物理性能方面，废旧正极材料应具有一定的结构稳定性，以抵抗电池充放电过程中的体积变化。

化学稳定性方面，废旧正极材料应具有良好的化学稳定性，以避免在电池使用过程中发生副反应。

然而，随着电池的使用和老化，废旧三元锂离子电池正极材料的性能会逐渐下降，主要表现在电池容量衰减、充放电效率降低、结构稳定性变差等方面。

锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展

合物正极材料的发展现状和研究进展。ＬＣＯ在今后正极材料发展中仍然有发展潜力，ｉｏ２通过微掺
杂和包覆都可使钴酸锂的综合性能得到提高，环性能大大改善。环保、循高能的三元材料和磷酸铁
锂为代表的新型正极材料必将成为下一代动力电池材料的首选。关键词：离子电池；锂正极材料；酸铁锂；元材料磷三
体积小等突出优点，目前，应用已渗透到包括移动其
电话、笔记本电脑、像机、码相机等众多民用及摄数
军事领域。另外，国内外也在竞相开发电动汽车、航
天和储能等方面所需的大容量锂离子电池。对锂离子电池而言，主要构成材料包括电解其
１５ｍＡ／。其优点为：作电压高，５ｈｇ工充放电电压平
稳，合大电流放电，适比能量高，环性能好。缺点循是：际比容量仅为理论容量的５％左右，的利用实０钴率低，抗过充电性能差，较高充电电压下比容量迅在
的快速充放电性能。
锂离子电池一般选用过渡性金属氧化物为正极
量大、自放电小、环性能好、用寿命长、量轻、循使重
材料，一方面过渡金属存在混合价态，电子导电性比较理想；一方面不易发生歧化反应。理论上具有另层状结构和尖晶石结构的材料，能做锂离子电池都的正极材料，由于制备工艺上存在困难，但目前所用

锂离子电池中正极材料的研究与应用

锂离子电池中正极材料的研究与应用一、引言锂离子电池广泛应用于手机、电动车、笔记本电脑等领域，其中正极材料的性能主要决定了电池的容量、寿命和性能。

因此，正极材料的研究和应用对于锂离子电池行业具有重要意义。

本文将围绕锂离子电池中正极材料的研究和应用展开论述。

二、锂离子电池正极材料概述锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂和钛酸锂等。

其中，钴酸锂具有较高的能量密度和循环寿命，但价格昂贵；锰酸锂具有较高的热稳定性和安全性，但容量略低；三元材料具有高的能量密度和循环寿命周期，市场占有率最高。

磷酸铁锂是一种比较新兴的正极材料，它具有高安全性、高电压稳定性，但能量密度低，价格较高。

钛酸锂具有高的电化学稳定性，但容量较低。

三、正极材料性能影响因素正极材料的性能主要受化学成分、微形态和晶体结构三个方面的影响。

其中，化学成分是最基本的影响因素，同时也是最重要的因素。

微形态通常影响正极材料的电子传导和离子传输等性能，该因素的优化是提高电池性能的重要手段。

晶体结构影响正极材料的电子传导、离子传输、稳定性等性能，其合理设计也是提高电池性能的重要手段。

四、正极材料研究进展目前，正极材料的研究重点主要集中在增加电池容量、提高电池循环寿命、降低成本和提高安全性等方面。

其中，多元材料、复合材料和表面修饰等技术的应用，可以显著提高电池性能，如纳米材料、改性材料、功能化材料等技术的应用可以提高电池的特定性能。

五、正极材料应用研究正极材料的应用主要集中在以下几个方面：1、手机电池：手机电池对正极材料的性能要求很高，需要满足容量大、循环寿命长、安全性好等特点，目前市场占有率最高的是三元材料。

2、电子汽车：电动汽车的正极材料需要满足电池容量大、循环寿命长、安全性好、高倍率快充等需求，目前市场上主要采用的是钴酸锂和三元材料。

3、储能电池：储能电池需要满足容量大、充放电效率高、循环寿命周期长等特点，目前市场上主要采用的是三元材料和磷酸铁锂等正极材料。

锂离子电池高镍三元材料的研究进展

锂离子电池高镍三元材料的研究进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源的开发和利用受到了广泛关注。

锂离子电池作为一种高效、环保的储能技术，被广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。

高镍三元材料（NCA、NMC等）作为锂离子电池正极材料的代表之一，因其高能量密度、低成本等优点，近年来成为了研究的热点。

本文旨在综述锂离子电池高镍三元材料的研究进展，包括其晶体结构、合成方法、性能优化以及应用前景等方面，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。

本文将介绍高镍三元材料的晶体结构和基本性能，阐述其作为锂离子电池正极材料的优势与不足。

将重点综述高镍三元材料的合成方法，包括固相法、溶液法、熔融盐法等，并分析各种方法的优缺点。

在此基础上，本文将进一步探讨高镍三元材料的性能优化策略，如表面包覆、掺杂改性等，以提高其循环稳定性、倍率性能等。

本文将展望高镍三元材料在锂离子电池领域的应用前景，探讨其未来的发展方向和挑战。

通过本文的综述，期望能够为锂离子电池高镍三元材料的研究和应用提供有益的参考和启示，推动该领域的技术进步和发展。

二、高镍三元材料的结构与性能高镍三元材料，通常指的是NCA（镍钴铝）和NMC（镍锰钴）等富镍正极材料，其中镍的含量通常超过50%。

这些材料因其高能量密度和良好的循环性能而受到广泛关注。

高镍三元材料的晶体结构通常为层状结构，属于α-NaFeO₂型六方晶系。

在这种结构中，镍、钴和锰（或铝）离子占据3a位置，氧离子占据6c位置，形成八面体配位。

镍离子因其较高的氧化态（+3或+4）而占据锂层中的部分位置，这有助于提高材料的能量密度。

然而，高镍含量也带来了结构不稳定性的问题，因为镍离子半径较大，容易引起晶格畸变。

高镍三元材料具有较高的比容量和较高的能量密度，这使得它们成为下一代锂离子电池的理想选择。

例如，NCA材料的理论比容量可以达到275 mAh/g，远高于传统的钴酸锂（LCO）材料（约140 mAh/g）。

锂电三元正极材料前驱体的研究进展

锂电三元正极材料前驱体的研究进展摘要：本文首先分析了锂离子电池含义，接下来详细阐述了三元前驱体材料的研究现状及存在的问题，最后对三元前驱体材料的主要合成方法做具体论述，希望给行业内人士以借鉴和启发。

引言正极材料作为电池的4大核心材料之一，制约着电池的综合性能。

正极材料能继承前驱体的形貌和结构特点，所以，前驱体的结构、制备工艺对正极材料的性能有着至关重要的影响。

目前三元前驱体材料结构设计的改进方向主要包括类单晶型结构、放射状结构、核壳结构和梯度结构等，制备工艺的改进方向主要为前驱体预氧化工艺、间歇式工艺、连续结合间歇式工艺。

1锂离子电池概述锂离子电池是新一代的绿色储能电池，具有电压高、能量密度大、成本适中、自放电小、无记忆效应、循环稳定和寿命长等突出优点，已经广泛应用于手机、电脑、新能源汽车、储能等产品。

锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成，其中，正极材料在锂电池生产技术中占据核心地位，而正极材料前驱体又对正极材料的生产至关重要，前驱体的品质直接决定了最后烧结所得正极材料的理化参数，故提高锂离子电池正极材料前驱体的性能成为当今最为活跃的研究领域之一。

三元材料[LiNixCoyMn1-x-yO2]是目前最有前途的动力锂电正极材料之一，三元材料可随着材料中镍、钴、锰组成比例的变化，材料的比容量、安全性等诸多性能能够在一定程度上实现可调控。

2三元前驱体材料的研究现状及存在的问题三元前驱体材料作为正极材料的原料，决定着最终材料的性能。

前驱体的制备技术主要有溶胶凝胶法、喷雾热解法、沉淀法。

溶胶凝胶法是一种常见的软化学方法，具有均匀性好、合成温度低等优点，可以实现材料组分分子或原子级的均匀混合，但也存在工艺复杂、成本高等缺点。

喷雾热解法将可溶性金属盐和沉淀剂在喷雾干燥器中进行雾化，然后干燥，此方法合成出的材料颗粒大小比较一致，化学成分分布比较均匀，工艺比较简单，容易实现，且耗时短，是工业生产正极材料的方法之一。

锂离子电池高镍三元正极材料表面改性研究进展

㊀第56卷第3期郑州大学学报(理学版)Vol.56No.3㊀2024年5月J.Zhengzhou Univ.(Nat.Sci.Ed.)May 2024收稿日期:2023-08-31基金项目:国家自然科学基金面上项目(52272242)㊂第一作者:李静(2000 ),女,硕士研究生,主要从事电化学储能研究,E-mail:1650193197@㊂通信作者:许春阳(1991 ),男,讲师,主要从事电化学储能研究,E-mail:chunyangxu@㊂锂离子电池高镍三元正极材料表面改性研究进展李㊀静1,㊀梁雅文1,㊀李㊀威2,㊀叶㊀飞1,2,㊀崔鑫炜1,㊀许春阳1(1.郑州大学㊀河南先进技术研究院㊀河南郑州450003;2.新乡天力锂能股份有限公司㊀河南新乡453002)摘要:高镍三元材料存在表面结构不稳定㊁锂镍混排㊁晶间裂纹等问题,导致材料的循环性能降低以及高比容量无法充分发挥,表面包覆是解决上述问题的主要手段㊂目前的包覆材料主要有电化学惰性材料㊁离子/电子电导性材料和复合包覆材料,从这三个方面综述了高镍三元材料的表面改性研究㊂介绍了不同类型包覆材料的界面改善稳定机制㊁离子在固液界面的迁移率提升机理㊁界面副反应抑制机制以及对材料电化学性能的影响,并对高镍三元正极材料包覆改性的发展方向进行了展望㊂关键词:锂离子电池;高镍三元;正极材料;表面改性中图分类号:TM911文献标志码:A文章编号:1671-6841(2024)03-0041-08DOI :10.13705/j.issn.1671-6841.2023207Research Progress on Surface Modification of High-nickel TernaryCathode Materials for Lithium-ion BatteriesLI Jing 1,LIANG Yawen 1,LI Wei 2,YE Fei1,2,CUI Xinwei 1,XU Chunyang 1(1.Henan Institute of Advanced Technology ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450003,China ;2.Xinxiang Tianli Lithium Energy Co.,Ltd ,Xinxiang 453002,China )Abstract :Problems of high-nickel ternary materials such as unstable surface structure,lithium-nickelco-segregation,and intergranular cracking led to a decrease in the cycling performance of the materials and inability to fully utilize high specific capacity.Surface coating was the primary approach to address these problems.Currently,coating materials mainly included electrochemically inert materials,ion /elec-tron-conductive materials,and composite coating materials.A review was conducted on the surface modi-fication research of high-nickel ternary materials from these aspects.The mechanisms for interface im-provement and stabilization of different types of coating materials,enhancement of ion migration at the solid-liquid interface,suppression of interface side reactions,and their impacts on the electrochemical performance were introduced.The development directions of surface modification of high-nickel ternarycathode materials were also discussed.Key words :lithium-ion battery;high-nickel ternary;cathode material;surface modification0㊀引言随着化石能源的逐渐匮乏以及环境污染的日趋严峻,高性能电化学储能器件的研发已经刻不容缓㊂在众多储能器件中,锂离子电池(lithium-ion battery,LIB)具有高能量密度㊁长循环寿命和高能量转换效率,已成为电动汽车和便携式电子设备最主要的能量来源㊂在锂离子电池正极材料中,高镍三元正极材料NCM /NCA (LiNi x Co y Mn z O 2和LiNi x Co y Al z O 2,x +y +z =1)在能量密度上具有巨大优势,是动力电池市场的主导材料㊂郑州大学学报(理学版)第56卷以NCM为例,其具有α-NaFeO2型层状结构,属六方晶系,R-3m空间群㊂Ni2+㊁Co3+和Mn4+共同占据八面体中心位置,以立方密堆积方式形成层状排列[1]㊂开发高镍三元正极材料可以满足人们日益增长的能量密度需求㊂但是,高镍三元材料存在一些不足之处,包括表面结构不稳定㊁锂镍混排㊁晶间裂纹等[2]㊂为了解决上述问题,研究者们提出了各种改性策略,主要包括表面包覆㊁晶内掺杂和晶体形貌控制,这些策略在改善三元材料电化学性能方面展现出了良好的效果㊂其中,表面改性是最常用㊁最有效的方法之一㊂目前,高镍三元材料表面改性所选的包覆材料主要有电化学惰性材料㊁离子电导性材料和电子电导性材料,并在此基础上发展到复合包覆㊂本文综述了高镍三元材料的表面改性研究进展,通过介绍不同类型包覆材料的保护机制和对材料电化学性能的影响,进而剖析目前各种包覆材料的优势及存在的问题,并展望了高镍三元正极材料包覆改性的未来发展趋势㊂1㊀电化学惰性材料电化学惰性材料主要有金属氧化物㊁金属氟化物和金属磷酸盐等,它们能有效阻隔三元正极材料和电解质之间的直接接触,有助于防止HF的侵蚀和界面副反应的发生㊂1.1㊀金属氧化物包覆材料金属氧化物包覆材料主要有Al2O3㊁ZrO2㊁TiO2㊁WO3等㊂金属氧化物包覆层可以与HF反应转化为金属氟化物,达到消除HF的目的,从而降低电解液的酸性,提升电极的结构稳定性㊂但是,这些氧化物的Li+传输速率和电子导电性相对较低,会造成包覆界面电子和离子传输阻力的增加㊂Al2O3是最常用的金属氧化物包覆材料㊂Wu 等[3]通过聚合物辅助溶胶-凝胶法在NCM622材料表面上实现微孔聚合物/γ-Al2O3保护层的构建㊂这种包覆层能有效减轻NCM622材料的电极-电解液界面副反应的发生,使材料在高压循环下的电化学性能得到显著的提升,其循环稳定性和倍率性能分别比原始材料提高了22.8%和26%㊂Ma等[4]利用水热合成法制备了NCM622单晶颗粒,然后以三异丙氧基铝为铝源通过干混烧结的方法形成Al2O3包覆层㊂13nm厚的Al2O3包覆层使NCM622的放电比容量㊁倍率性能和循环性能均得到大幅度提升,但是过厚的Al2O3包覆层也会使NCM622的储锂性能降低㊂ZrO2具有较高的化学稳定性,ZrO2包覆能有效缓解电解液的分解㊂Kim等[5]给出了ZrO2包覆样品的SEM图和带隙能量图,如图1所示㊂可以看出,其通过简单的还原反应,将白色单斜ZrO2转化为黑色的缺氧四方ZrO2-x,降低了材料的能带能(图1(b)),并成功地将其修饰在高镍正极NCM811表面(图1(a))㊂黑色ZrO2-x通过电感保持Ni2+的高氧化态,有效地抑制了在高压4.5V充电过程中的气体析出㊂图1㊀ZrO2包覆样品的SEM图和带隙能量图[5] Figure1㊀SEM images and Tauc of ZrO2coated sample[5] TiO2由于其电化学性质不活泼以及具有电荷补偿作用而被用作包覆材料㊂Mo等[6]通过湿法包覆将TiO2引入NCM622样品的二次粒子表面㊂TiO2与残留的锂化合物反应生成Li2TiO3并充当隔离层,减少了副反应的发生㊂此外,通过该方法还获得了从外到内不同Ti4+浓度的扩散层,这不仅强化了初级粒子,减少了随机取向晶粒之间的间隙,所提供的包覆层还有助于将Ti4+扩散到NCM622的晶格中,从而增加了晶格层间距,使随后的Li+迁移更加容易,迁移速率有所增加,并且机械强度和界面稳定性也会更高㊂因此,NCM622样品的循环稳定性得到增强㊂WO3具有较高的电子电导率(1.76S㊃cm-1),且作为酸性氧化物,其具有更好的耐HF蚀性㊂此外,WO3还可以和锂化合物反应,有助于消除部分残留在NCM材料表面上的碱性化合物㊂Gan等[7]将一定量的WO3溶解在H2O2中,并将其分散在无24㊀第3期李㊀静,等:锂离子电池高镍三元正极材料表面改性研究进展水乙醇中,然后再和NCM811混合蒸发高温烧结,形成WO3包覆㊂研究结果表明,WO3包覆改性在一定程度上降低了NCM811的极化,提高了NCM811的倍率和循环性能㊂此外,SiO2由于具有电化学活性低㊁储量丰富㊁环境友好㊁价格低廉等优点而备受人们关注㊂其同样可以与HF反应,保护正极颗粒免受电解液的侵蚀,缓解循环过程中的表面结构退化㊂Li等[8]采用静电引力法,通过调整SiO2溶胶悬浮体与NCM715之间的电动电位,将SiO2溶胶均匀吸附在NCM715表面,然后经过热处理形成SiO2包覆层㊂NCM715表面的SiO2包覆层减少了电解液与正极之间的反应,保护了电极的层状结构,减小了界面阻抗,即使在4.5V的高截止电压下,依然能表现出良好的电化学稳定性㊂1.2㊀金属氟化物包覆材料最主要的金属氟化物包覆材料是AlF3㊂AlF3包覆层可以通过缓解晶格膨胀来抑制循环过程中的锂镍混排和锂损失㊂此外,它还可以抑制高镍三元材料在储存过程中表面残碱的产生,提高高镍三元材料与电解质之间的界面稳定性㊂传统的干法或湿法构筑的包覆层对层结构的厚度和保形性的可控性较小,因此包覆层通常是不均匀的,这会导致电极的离子和电子传输阻力增加㊂原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术是一种先进的构建包覆层技术㊂此技术可以在具有较高比表面积的基材上沉积薄膜,即使几何形状不规则,也可以精确控制其沉积厚度,保证沉积的均匀性㊂Yang等[9]使用三甲基铝和HF-吡啶作为前驱体材料,然后利用ALD技术在NCM811表面上均匀地形成AlF3纳米包覆层㊂结果表明,AlF3保护层抑制了锂镍混排,稳定了NCM811的结构㊂Li等[10]通过溶液法成功合成了AlF3包覆的Li[Ni0.80Co0.15Al0.05]O2,制备过程中首先将原始的Li[Ni0.80Co0.15Al0.05]O2粉末浸入Al(NO3)3稀溶液中,然后逐滴加入NH4F溶液,通过沉淀反应形成不同包覆厚度的AlF3㊂与原始Li[Ni0.8Co0.15Al0.05]O2相比,0.5%AlF3包覆层样品在不同测试温度下均表现出较高的容量保持率和倍率性能㊂1.3㊀金属磷酸盐包覆材料金属磷酸盐包覆材料主要有AlPO4㊁MnPO4等㊂金属磷酸盐在界面附近有转化成非晶态的趋势,这个过程可抑制相变的发生,使三元材料内部和界面处的结构更加稳定,提高材料的循环稳定性㊂Tang等[11]通过简单的干混和煅烧,成功合成了AlPO4改性的NCM622㊂研究结果表明,在NCM622表面上Al和P的存在形式分别是LiAlO2和Li3PO4,它们是由AlPO4和NCM622在煅烧过程中发生化学反应产生的㊂Al取代Ni位生成LiAlO2和Li3PO4包覆层,共同稳定了NCM622的结构㊂尽管与原始NCM622相比,在0.1C倍率时初始放电比容量有所降低,但是AlPO4提高了循环性能并缓解了高温状态下的晶格应变,提升了材料的结构稳定性,降低了微裂纹的产生㊂Liu等[12]也将AlPO4在NCM811正极材料上形成Li3PO4-LiAlO2包覆层,并研究了不同AlPO4包覆量对样品的改性㊂NCM811表面形成的Li3PO4-LiAlO2保护层不仅可以减轻表面附近的层状结构退化生成盐岩相,还可以防止HF和H2O对本体材料的侵蚀,从而使材料的结构更加稳定㊂Wu等[13]首次将非水溶液中的成膜工艺用于三元正极材料AlPO4的改性,这种方法克服了沉淀方法中包覆层不均匀的难点㊂AlPO4质量分数可控制在0.2%,这远低于之前大多数文献中的含量,超薄包覆层可以最大限度地减少包覆层的形成对Li+扩散速率㊁电子电导率和能量密度的影响,但较薄的包覆层也更容易消耗殆尽㊂2㊀离子/电子电导性材料2.1㊀离子电导性材料高镍三元正极材料的倍率性能较差,主要源于Li+在层状结构中的二维扩散通路和阻碍Li+扩散的锂镍混排,这些因素限制了它们在高功率密度领域的应用㊂Huang等[14]通过溶胶-凝胶法将Li2MnO3纳米域引入初级NCM811颗粒的层状结构中,并在这种集成结构中构建许多域边界,从而形成三维离子扩散网络,Li2MnO3包覆NCM811样品的TEM图和选区电子衍射图如图2所示㊂在这种体系中,由于颗粒尺寸减小诱导出了中空结构,增加了Li+的迁移速率,同时Li2MnO3纳米域整合到NCM811基体中,阻碍了锂镍混排的形成㊂上述因素共同促成了Li+的快速传输,从而提高了NCM811的倍率性能㊂LiAlO2具有优异的Li+传输性能㊂LiAlO2包覆层不仅可以稳定正极和电解质之间的界面结构,而且由于其提供了良好的Li+脱嵌过程的传输网络,可以显著提高电化学性能㊂Tang等[15]设计了一种通过蚀刻诱导包覆层策略,在高镍NCM811正极材料上形成γ-LiAlO2保护层和Li+导电性包覆层,以提34郑州大学学报(理学版)第56卷图2㊀Li2MnO3包覆NCM811样品的TEM图和选区电子衍射图[14]Figure2㊀TEM images and selected area electrondiffraction pattern of Li2MnO3-coated NCM811[14]高其电化学性能㊂性能提升主要是由于Al3+扩散到NCM811的晶格内部,可以减轻锂镍混排并增强结构稳定性㊂LiAlO2包覆层为Li+提供了良好的传输网络,提高了结构稳定性并防止核心材料受到电解液的侵蚀㊂Li2TiO3具有较宽的工作电压㊁较高的热稳定性和快速的Li+传输动力学,被认为是有效的用于三元正极表面修饰的包覆层材料㊂He等[16]提出一种新型的Li2TiO3纳米颗粒包覆层,避免了Ti4+的掺杂造成的锂镍混排过程的恶化㊂纳米Li2TiO3包覆的NCA8155显示出几乎没有变化的形貌结构和较低的表面残碱,因此Li2TiO3包覆层显著提升了循环稳定性和倍率性能㊂最优异的表面包覆层不仅能通过阻断电解质和电极表面上高活性阳离子之间的物理接触来解决不稳定性问题,还能稳定电极中晶格氧离子,改善Li+的迁移率㊂Wang等[17]提出了一种直接调控策略,用于适应固相中的高活性阳离子㊂通过利用锂镧镍氧双离子导体(层状钙钛矿La4NiLiO8)包覆层中稳定的氧空位和间隙,显著抑制了表面晶格氧离子的活性,抑制了晶格中的氧释放以及不可逆相变和晶间机械裂纹㊂同时,引入的双离子导体还可以改善Li+在颗粒表面的扩散动力学和材料本体的电子导电性㊂另外,Li等[18]首次采用简单的一步法制备了结构和界面可靠的B掺杂和La4NiLiO8包覆改性的NCM811正极㊂La4NiLiO8包覆层可以防止电极遭受电解液的腐蚀,并提升Li+的传输动力学㊂此外, B掺杂可以有效地抑制有害的H2~H3相变,并将初级粒子的取向调整为径向排列,这阻碍了由于晶体各向异性导致的体积变化而引起的微裂纹产生㊂Yang等[19]通过一种简单的方法成功地制备了La和Al共掺杂和包覆改性的NCM811㊂XRD和XPS证实,La和Al不仅可以掺杂到NCM811本体中,而且可以在表面形成La2Li0.5Al0.5O4包覆层㊂高压电化学性能的提高主要归因于La和Al通过共掺杂增强了体相结构,形成的La2Li0.5Al0.5O4包覆层作为高T c超导氧化物,不仅促进了Li+的传输,而且保护了材料免受电解质的侵蚀㊂此外,残留的锂盐还能通过形成La2Li0.5Al0.5O4而被还原㊂电化学性能的提升表明,La2Li0.5Al0.5O4包覆层的改性和La-Al共掺杂是NCM811材料大规模工业化生产的一种有竞争力的方法㊂Wang等[20]引入晶体结构相似的钙钛矿相来铆钉层状结构的膨胀收缩,钉扎效应显著减轻了由于晶体结构的体积变化所带来的有害结构演变㊂与传统材料相比,每个循环中的晶格应变演变减少了近70%,这显著增强了二次颗粒的完整性,从而提高了电池的可逆循环性能㊂这种应变抑制方法拓宽了晶格工程的应用前景,以释放锂嵌(脱)产生的应变,并为开发具有长寿命的高能量密度正极铺平道路㊂Wang等[21]提出一种利用富锂和富锰层状氧化物(lithium-and manganese-rich layered oxide,LMR)的低应变材料在富镍层状氧化物(nickel-rich lay-ered oxide,NLO)正极上重建稳定表面的策略㊂新的表面结构不仅由梯度结构组成,而且形成了丰富的氧空位和阳离子有序的缺陷结构,这种结构可以同时提升Li+的扩散速率并在锂嵌(脱)过程中稳定晶体结构㊂NLO中的这些特征显著改善了电化学性能,特别是在高压循环下的稳定性㊂Tan等[22]通过在NCM811的层状相中引入尖晶石状榫卯结构,可以显著抑制正极材料中不利的体积变化㊂同时,该榫卯结构对Li+的快速传输起到了类似高速公路的作用㊂此外,具有榫卯结构的颗粒通常以最稳定的(003)面终止㊂该工作提供了一种可行的晶格工程,以解决NLO的稳定性和低首次库仑效率的问题,并有助于实现具有高能量密度和长耐久性的锂离子电池㊂Cai等[23]提出了高压诱导析氧的理论,并报道了一种镧系化过程,以调节正极材料的近表面结构,并将这种超越传统的表面修饰推广到贫钴/无钴高44㊀第3期李㊀静,等:锂离子电池高镍三元正极材料表面改性研究进展能量密度层状正极中,证明了有效的表面钝化抑制了表面降解和改善了电化学性能,高压循环稳定性大大增强,最高可达4.8V(相对于Li+/Li)㊂所设计的表面相在高电压下抑制了析氧反应㊂表明通过高氧活性钝化㊁选择性化学合金化和使用湿化学的应变工程进行改性,能获得高性能层状氧化物正极材料㊂Yang等[24]制备了Li0.5La2Al0.5O4(LLAO)原位包覆层和Mn离子补偿掺杂的多层LiNi0.82Co0.14Al0.04O2㊂XRD精修表明,La-Mn协同改性可以实现适当的锂镍混排㊂计算结果和原位XRD分析表明,LLAO包覆层能够有效地抑制二次颗粒中的机械裂纹,这得益于内部晶体应变被抑制㊂测试结果表明,LLAO-Mn改性的循环后的正极具有更完整的形貌,与电解液的副反应更少㊂进一步研究了气体析出时的正极电解质界面,表明NCA-LM2比NCA-P释放更少的CO2,从而达到更稳定的表面㊂2.2㊀电子电导性材料石墨烯具有大的比表面积㊁优异的电子导电性和机械性能,其化学性质稳定㊂石墨烯的引入可以有效地提高电极材料表面的电子电导率㊁电容性能等㊂Luo等[25]通过模板自组装法制备了一种具有三维纳米结构的NCA8155/石墨烯复合材料(G-NCA8155)㊂首先将制备的石墨烯溶在无水乙醇中,在大功率超声搅拌下形成均匀的石墨烯分散液,然后把NCA8155粉末加入上述溶液中,将混合物轻微超声搅拌自组装,透析㊁干燥后得到G-NCA8155㊂石墨烯三维网络增加了材料的比表面积,同时协同效应能够提高电子导电性和稳定晶体结构,从而显著提高倍率性能和循环稳定性㊂Tian等[26]通过共沉淀和水热反应制备了一种具有独特结构的三维多孔石墨烯气凝胶包裹的NCM622纳米颗粒(NCM@GA)㊂由于其高导电性和大量相互交织的开放孔结构,自组装后的石墨烯气凝胶网络可以极大地加快电子和离子的传输速率,提升电化学反应动力学㊂此外,分散良好的NCM622纳米颗粒可以提供更大的电极-电解质界面并促进Li+的快速传输㊂因此,三维导电结构和分散良好的纳米粒子的协同作用可以有效地增强NCM@GA材料的电化学性能㊂Liu等[27]用蔗糖和葡萄糖作为碳料,在NCA8155表面构建纳米碳包覆层㊂结果表明,以蔗糖为碳源构建的包覆层具有更好的电化学性能㊂原因是葡萄糖碳化后形成的包覆层较致密,而蔗糖形成的包覆层相对疏松,内部分布着尺寸较大的孔结构㊂这样的碳包覆层具有较大的比表面积,有利于电解液的浸润,同时也有利于Li+的脱嵌和迁移,并能减缓电解液对本体材料的侵蚀㊂Cao等[28]制备了集聚苯胺(PANI)优异的电子导电性和聚乙二醇(PEG)的高离子导电性于一体的双功能导电聚合物,用于NCM811材料的表面改性,获得高性能NCM@PANI-PEG复合材料㊂具有高弹性和高柔韧性的PANI-PEG聚合物在减轻循环过程中NCM811材料的体积收缩和膨胀方面发挥着至关重要的作用㊂过渡金属的溶解是由电解液分解产生的HF腐蚀引起的,这会对电化学性能产生不利的影响㊂在相同的储存时间下,表面改性电极中Ni㊁Co和Mn过渡金属的溶解量均低于未修饰的电极㊂包覆到NCM811颗粒表面的PANI-PEG保护层提供了物理屏障,以防止正极材料被HF侵蚀,从而抑制过渡金属的溶解,进而提高主体材料在高温下的循环稳定性㊂苝-3,4,9,10-四羧酸二酐(PTCDA)是一种具有高化学稳定性的N型有机半导体材料㊂PTCDA的高电子亲和力(约3.6eV)导致附加负电荷更容易稳定化,为黏附石墨烯提供了理论基础㊂从结构上看,PTCDA分子为二维共轭π电子体系,其所携带的苯环与石墨烯的六方结构是一致的㊂Ning等[29]在PTCDA的作用下,通过简单的物理混合来制备均匀的rGO包覆的NCM811(PG-NCM)材料㊂在使用PG-NCM作为正极材料时,rGO纳米片和PTCDA的协同作用可以提供更好的电子导电性和更稳定的电极-电解质界面㊂特别是P1G1-NCM(仅含质量分数1.0%的添加剂)在所有样品中表现最佳,在1C 倍率下达到了194.1mAh㊃g-1的放电比容量,在循环100次后容量保持率为92.8%,并且在高倍率下性能也得到了提升(10C倍率下放电比容量达到122.1mAh㊃g-1)㊂3㊀复合包覆材料3.1㊀电子电导性材料和金属氧化物复合包覆通过电子电导性材料和金属氧化物复合包覆层可以同时改善正极材料的导电性和结构稳定性㊂在这种方法中,其中一种成分可以通过保护表面免受不需要的副反应来提高循环性能,而另一种成分则提升了电子导电性能,提高了放电比容量㊂Y2O3作为包覆剂,使用石墨烯作为导电添加剂㊂Y2O3属于稀土元素氧化物,具有很高的热稳定性㊂Loghavi等[30]通过湿法化学煅烧的方法用Y2O354郑州大学学报(理学版)第56卷修饰NCA811正极材料,并将制备的材料与石墨烯机械混合㊂电化学性能测试表明,NCA811㊁Y 2O 3/NCA811和石墨烯/Y 2O 3/NCA811材料在2C 倍率下分别提供109㊁136和164mAh ㊃g -1的放电比容量㊂石墨烯/Y 2O 3/NCA811材料在100次循环后(0.5C)依旧拥有180mAh㊃g-1的放电比容量,而原始NCA811仅提供了87mAh ㊃g -1的放电比容量㊂3.2㊀离子电导性和电子电导性材料复合包覆在材料表面构建一种具有高离子和电子导电性的双功能包覆层,可以提高电池在循环过程和离子储存过程中的稳定性㊂本体材料㊁离子包覆材料㊁电子包覆材料和电解质共同形成了四相正极-电解质界面,这对容量保持率的大幅度提高起到了关键作用㊂Yang 等[31]在NCM811表面构建了具有高离子和电子电导率的多功能包覆层,以提高电池在循环过程中的稳定性㊂磷酸与原始NCM811上残留的锂盐发生反应,形成具有碳纳米管穿透的Li 3PO 4包覆层,具有高离子和电子导电性㊂NCM811㊁Li 3PO 4㊁CNT 和电解质共同形成四相正极-电解质界面,这对提高容量保持率起到关键作用,在0.5C 倍率下循环500次后,容量保持率从原始的50.3%提高到84.8%㊂改进后的NCM811在高截止电压4.5V㊁高温55ħ和10C 倍率下依旧具有出色的电化学性能㊂此外,在高湿度空气中暴露2周后,它还可以在500次循环后提供154.2mAh㊃g -1的放电比容量㊂CNT-LPO-NCM 的机理示意图和循环性能如图3所示㊂图3㊀CNT-LPO-NCM 的机理示意图和循环性能[31]Figure 3㊀Schematic diagram of mechanism and cycling performance of CNT-LPO-NCM [31]为了提高锂离子电池正极材料的离子和电子导电性,Na 等[32]提出一种具有高离子导体Li 1.3Al 0.3Ti 1.7[PO 4]3(LATP )和高电子导体多壁碳纳米管的Li 1.03(Ni 0.88Co 0.08Mn 0.04)O 2正极材料的表面改性,LATP 粉末使用改进的Pechini 方法制备而成㊂表面改性的高镍NCM 电极,其表面高离子和电子导电网络能够实现Li +和电子的快速传输,从而显著增强充放电循环期间的电化学性能㊂3.3㊀离子电导性材料和金属氧化物复合包覆金属氧化物可以保护材料免受电解液的侵蚀,金属氧化物包覆层可以提高材料界面结构的稳定性,提升电池的循环性能㊂离子电导性材料包覆层可以增强Li +的传输能力,提高电池的倍率性能㊂离子电导性材料和金属氧化物复合包覆层可以同时提高电池的容量保持率和倍率性能㊂Maiti 等[33]采用了一种简单有效的ALD 包覆策略,用Al 2O 3㊁Li 5AlO 4和Na 5AlO 4对NCM424粉末材料进行表面包覆,从而提高了其氧化还原活性,抑制不可逆的氧从晶格中释放出来㊂在1C 倍率下超过400次循环后,未包覆的NCM424材料的放电比容量仅有63mAh ㊃g -1,而具有复合包覆层的NCM424材料显示出大约两倍的放电比容量㊂通过XPS 光谱和电压分布进行分析,得出了改性后的NCM424材料的表面锰从四价态部分还原到较低的价态㊂根据研究结果,在有ALD 包覆层的情况下,表面锰的还原可能是由于三甲基铝挥发性物质通过其在正极材料表面的分解反应与它们接触而发生的㊂这项工作的关键发现是,与所有包覆的正极材料相比,通过阳离子氧化(Ni 2+/Ni 4+,Co 3+/Co 4+)传递的电荷容量和经过阴离子氧化证实的电荷容量均略低于未包覆材料㊂该发现可能与NCM424颗粒表面包覆层上形成的修饰电极-电解质界面有关㊂4㊀结语高镍三元正极材料因其具有高能量密度而备受科研人员关注㊂然而,这些材料存在着一系列问题,如对空气敏感㊁与电解液反应㊁阳离子混排㊁晶格氧析出㊁过渡金属离子迁出以及微裂纹形成等,这些问题限制了高镍三元正极材料的应用与发展㊂包覆是高镍三元正极材料表面改性的重要方法㊂常用的包覆材料有电化学惰性材料㊁离子电导性材料㊁电子电导性材料㊂在此基础上发展到复合包覆,常见的复合包覆有电子电导性材料和金属氧化物复合包覆㊁离子电导性和电子电导性材料复合包覆㊁离子电导性材料和金属氧化物复合包覆㊂包覆材料不仅可以保护材料表面和提高材料的结构稳定性,还可以提高离子或电子的传输能力,提高材料的电化学性能㊂64。

锂离子电池三元正极材料研究现状

锂离子电池三元正极材料研究现状摘要：如今，我国在新能源汽车领域的研究不断深入，目前已经取得一定研究成果。

对于新能源汽车来说，锂离子电池是非常重要的组成部分，其对新能源汽车的发展起到了决定性作用。

为提升锂离子电池性能，国内外都在对其材料进行研究探索。

本文就锂离子电池三元正极材料的发展现状进行了分析，并阐述了三元正极材料的未来发展方向，以期为锂离子电池三元正极材料的发展提供相关参考。

关键词：锂离子电池；三元正极材料;新能源引言能源是人类赖以生存的前提基础，如今全球能源都在不断减少，人们在发展过程中也逐渐意识到了节约能源的重要性，能源危机意识在不断提高。

如果想要实现可持续性的发展，则需对现有的生产方式和生活方式进行优化，减少对于能源的依赖度，通过节约能源的方式来推进社会的发展及进步。

如今人们的生活水平在不断提高，与环境间的矛盾问题也越发突出。

人们在发展过程中致力于实现与环境的和谐发展，因此十分注重对新能源领域的研究。

锂离子电池作为推进新能源汽车发展的重要因素，一直以来都备受人们关注。

1、三元正极材料的现状分析我国对三元正极材料的研究时间并不长，从2016年起，才正式对该领域有深入的研究。

根据相关调查研究显示，发展到2018年的时候，锂离子三元正极材料的生产量相较往年增长了15%，由此可见，2018年是三元正极材料发展的迅猛期。

研究生产三元正极材料的企业也逐渐走向正规，无论是发展规模还是生产模式都逐渐规范成熟。

2019年，我国提出了关于推广新能源汽车的相关财政补贴通告，通告中明确表示，补贴标准会进行减少，在补贴减少的情况下，企业在发展过程中的获利就会减少，企业的研究及生产成本会不断增加。

在该种背景下，以三元正极材料制定的锂离子电池被应用在新能源汽车生产的比例降低了40%，虽然新能源汽车的产量有所下降，但是汽车的销量却逐渐攀升。

之所以会出现该种发展情况，是因为人们的环保意识在不断提高，新能源汽车以其自身具备的多方面优势受到了人们的喜爱，由此可见，新能源汽车具有良好的发展前景。

《2024年锂离子电池富锂锰基三元正极材料的研究》范文

《锂离子电池富锂锰基三元正极材料的研究》篇一一、引言随着科技的发展，电动汽车、电子设备以及可再生能源等领域的快速崛起，对锂离子电池的性能要求也日益提升。

作为锂离子电池的重要组成部分，正极材料对于电池的性能具有决定性影响。

富锂锰基三元正极材料以其高能量密度、高安全性、环保无污染等优点，逐渐成为研究热点。

本文旨在深入探讨锂离子电池中富锂锰基三元正极材料的性能、制备工艺及其应用前景。

二、富锂锰基三元正极材料的性能特点富锂锰基三元正极材料以其高能量密度、高安全性、环保无污染等特点在众多正极材料中脱颖而出。

首先，其高能量密度为电池提供了强大的续航能力；其次，该材料在充放电过程中表现出较高的安全性，能防止因热失控引发的电池火灾或爆炸等事故；此外，其环保无污染的特性也符合了现代绿色能源发展的需求。

三、制备工艺及研究进展目前，制备富锂锰基三元正极材料的方法主要有固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。

其中，共沉淀法因其工艺简单、制备成本低、产物性能优异等特点，成为研究热点。

通过优化共沉淀法的制备工艺，如控制沉淀剂种类、浓度、反应温度等参数，可以有效提高材料的电化学性能。

此外，通过掺杂其他元素如钴、镍等，可以进一步提高材料的能量密度和循环稳定性。

四、应用前景及挑战随着电动汽车、移动电子设备等领域的快速发展，对锂离子电池的需求日益增长。

富锂锰基三元正极材料以其高能量密度、高安全性等优点，在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。

然而，该材料仍面临一些挑战，如循环性能和容量保持率的提高等。

为了进一步推动富锂锰基三元正极材料的发展，研究人员还需关注其性能优化、降低成本、环境影响等问题。

五、研究展望未来，针对富锂锰基三元正极材料的研究将集中在以下几个方面：一是进一步提高材料的电化学性能，如能量密度、循环稳定性等；二是降低制备成本，以实现大规模生产和应用；三是研究材料的环境影响和安全性问题，确保其符合绿色能源的发展要求。

此外，还可以探索与其他新型电池技术的结合，如固态电池等，以推动锂离子电池技术的进一步发展。

锂离子电池正极材料研究进展

锂离子电池正极材料研究进展
锂离子电池作为当前主流的电池类型之一，在移动电子设备、电动汽车、储能系统等领域有着广泛的应用。

其中，正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能。

因此，对锂离子电池正极材料的研究一直备受关注。

本文将从目前锂离子电池正极材料的研究现状和未来发展方向两个方面进行探讨。

首先，当前锂离子电池正极材料的研究主要集中在钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和钛酸锂等化合物上。

这些化合物具有较高的比容量和较高的工作电压，但同时也存在着价格昂贵、资源紧缺和安全性能差的缺点。

因此，研究人员开始转向新型正极材料的开发，如锰基氧化物、钴基磷酸盐、钛基氧化物等。

这些材料具有丰富的资源、低成本和良好的安全性能，是未来锂离子电池正极材料的发展方向之一。

其次，未来锂离子电池正极材料的研究将主要集中在提高能量密度、延长循环寿命和提高安全性能三个方面。

在提高能量密度方面，研究人员将重点关注多元化合物的设计和合成，以提高材料的比容量和工作电压。

在延长循环寿命方面，研究人员将致力于减少材料在充放电过程中的结构变化和粒径变化，以提高材料的循环稳定性。

在提高安全性能方面，研究人员将着重于提高材料的热稳定性和耐高温性能，以降低电池的热失控风险。

综上所述，锂离子电池正极材料的研究正处于快速发展的阶段，新型正极材料的开发和现有材料性能的改进将成为未来的研究重点。

随着材料科学和能源领域的不断进步，相信锂离子电池正极材料的研究将为电池技术的发展和应用带来新的突破。

希望本文对锂离子电池正极材料的研究有所帮助，也期待未来能够有更多的科研成果为电池技术的发展做出贡献。