中國粉體網訊 “雙碳”背景下，我國新能源領域發展進入新階段，電池是新能源領域關鍵產品，正極材料是影響二次離子電池壽命、充放電速度和續航能力等關鍵性能的核心材料，當前正極材料性能提升成為我國新能源行業發展的瓶頸。
鎳基層狀正極材料具有高能量密度、環境友好等優勢，是最具發展前景的鋰/鈉離子電池用正極材料。但鎳基層狀正極材料結構和表/界面穩定性較差、容量衰減嚴重等問題限制了其進一步推廣和應用。
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勢集合在一起，實現高比容量、高能量密度和高電壓平臺等優勢，這也使得它從眾多正極材料中脫穎而出。Ni、Co和Mn的協同作用，很大程度改善了材料的電化學性能，同時，通過調整元素配比，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成本，電化學活性的提高主要歸結于 Ni元素，但是當Ni含量增加時，結構的穩定性將會經受很大的考驗。原因主要歸結在以下幾個方面：
（1）主體結構演變
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，形成無序層狀結構。相變后的結構電化學活性差，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
提高正極Ni含量，高價Ni離子的數量增加，即 Ni3+和 Ni4+，后者由于低能LUMO 而容易減少，容易與電解質發生反應。Ni4+-O鍵的共價性增強，O2的釋放更容易，可能導致正極的降解。
（3）裂紋的產生
充/放電過程中，Li離子從晶格中反復脫/嵌，會引起c軸的膨脹以及 a、b方向晶格的收縮，結構體積的不斷變化會在材料內部產生局部應力，并逐步形成裂紋。而電解液能沿著裂紋逐步滲入到顆粒內部，并在一次顆粒表面生成NiO相，極大的增加了電化學性能惡化的速度。最明顯的影響則是材料可逆容量的損失，以及裂紋引發新表面生成，這些面一旦暴露在電解液中便促進了腐蝕和相變的進程，電解液進入顆粒內部后也會促進體相腐蝕。
針對上述鎳基層狀正極材料出現的容量以及結構不穩定的問題，目前主要采取體相摻雜、納米涂層、核殼結構和濃度梯度結構等策略。
在正極材料上進行的改性研究
2023年8月，中國粉體網將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術與產業高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術研討會”。我們有幸邀請到長沙理工大學材料學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》的報告。
本報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展，探討了前驅體形貌、元素配比等對鎳基層狀正極材料結構和電化學性能的影響規律，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熱處理過程的固相擴散規律及改性機制，為實現該類材料在鋰/鈉離子電池中的大規模應用提供了新的理論和方法。
李靈均，長沙理工大學材料學院教授、副院長。主持國家自然科學基金2項、湖南省杰出青年基金及企業科技攻關項目10余項，先后入選湖南省湖湘青年英才、長沙市杰出創新青年和湖南省高校青年骨干教師培養對象，以第一完成人獲湖南省自然科學二等獎1項。
主要從事二次電池及關鍵材料方面的研究。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等重要學術期刊上發表論文30余篇，被引用3000余次，其中ESI熱點論文3篇，參編學術著作1部，獲授權國家發明專利12項。研究工作榮獲2019年中國百篇最具影響國際學術論文，并獲科技日報等主流媒體報道。兼任中國有色金屬學會新能源材料發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構演變及摻雜改性
2.常毅 鋰離子電池高容量層狀正極材料研究進展
（中國粉體網編輯整理/喬木）
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