高鎳三元層狀氧化物正極材料如LiNi_0.83Co_0.12O_0.03(NCM811)具有高比容量和低成本的優勢，是現階段高比能鋰離子電池的首選正極材料。其中，鎳是主要的氧化還原反應元素，含量越高，對NCM的比容量的提升就越大，因此當前主流觀點是才用高鎳三元材料提升電動汽車的續航，同時也要提高高鎳三元的安全性以達到車輛使用要求。

Ni含量越高，三元材料容量越高

然而高鎳三元材料在能量密度方面相比于其他幾種正極材料有較大優勢，但是也繼承了LiNiO₂的一些缺點，如合成過程中易偏離計量比、循環過程中容易向尖晶石結構轉變等等，導致高鎳三元材料的循環性能、安全性能及儲存性能較差，阻礙了三元材料在動力電池領域的大規模應用。

用過高鎳三元材料，尤其是811的人員都知道，這種材料在前期儲存和加工過程中“極度怕水”，很容易在勻漿和涂布過程中因吸水形成果凍狀漿料，使加工性能變差，并且表面結構層也容易發生變化，從而影響電極材料的性能發揮。

果凍狀三元正極漿料

其主要原因有以下兩點：

1. 表層結構脫鋰導致不穩定

電極材料的脫鋰均是從表層開始，并且隨著充電的進行表層結構出現過度脫鋰的現象，同時高鎳三元材料的層狀結構向尖晶石結構、惰性巖鹽結構轉變，往往在前幾次充放電之后，材料表層即形成較厚的惰性層（主要成分為NiO）。另外表層強氧化性的高價過渡金屬離子與電解液發生嚴重的副反應，也會造成電池的極化增大、容量快速衰減。

2. 過高的表面堿含量

正極材料表面的活性氧陰離子會和空氣中的CO₂和水分反應而生成碳酸根，從而結合鋰離子在材料表面形成Li₂CO₃，而三元材料合成中鋰鹽過量的做法使得多余的鋰鹽在高溫煅燒后的產物主要是Li的氧化物，與空氣中的H₂O和CO₂反應再次生成LiOH和Li₂CO₃，殘留在材料表面，使材料的pH值較高。

當三元材料中（包含NCA）鎳含量越高時，其燒結溫度就越低，使鋰鹽的揮發量降低，繼而導致殘留在材料表面的鋰鹽含量增多，材料的堿性就會變大。此外，在高Ni體系中由于化合價平衡的限制，使材料中Ni有一部分以3價的形式存在，進一步提高了殘余Li含量，其生成的堿性化合物含量也就越發高了。從而加劇高鎳三元在儲存和加工過程的吸水現象，影響電池的制備和電性能發揮，也容易出現脹氣現象等。

因此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，解決其應用痛點，具有十分重要的意義。在即將于11月23-35日舉辦的“2021年全國新能源粉體材料暨增效輔材創新發展論壇”上，來自于中科院蘇州納米所的沈炎賓博士將分享報告《高鎳三元正極材料的界面化學及調控策略》，詳細介紹其團隊在高鎳材料濕空氣儲存不穩定機理方面的研究進展，以及針對此問題提出的界面調控策略，精彩報告不容錯過，快快報名參會吧！

報告人簡介

沈炎賓，中科院蘇州納米所研究員。2006年獲哈爾濱工業大學電化學專業學士學位，2006-2010年在電池企業任電池研發工程師，2014年于丹麥奧胡斯大學化學系獲博士學位，2015-2016年在北京中科合成油技術有限公司任Research Scientist，2017年加入中科院蘇州納米所。研究方向為先進二次電池的材料與界面化學。至今在高質量期刊發表研究論文60余篇，擁有授權發明專利10項，作為項目負責人主持（過）國家自然科學基金青年項目和面上項目，以及產業界橫向合作項目共7項，及江蘇省雙創人才項目。

粉體圈會務組

版權聲明：  

本文為粉體圈原創作品，未經許可，不得轉載，也不得歪曲、篡改或復制本文內容，否則本公司將依法追究法律責任。