鋰離子電池之三元正極材料

為獲得更多的可逆容量，通?？商岣呷牧湘嚨暮?。例如在三元高鎳材料中，當鎳的摩爾含量（根據(jù)網絡資料：摩爾含量可表示某一種粒子數(shù)量占物質同尺寸量級的總粒子數(shù)量的比值）提升至82%時，三元材料4.2V全電池克容量發(fā)揮可達到200mAh/g。當鎳的摩爾含量提升至90%時，三元材料4.2V全電池克容量發(fā)揮可達到205mAh/g。

但因為鎳離子與鋰離子半徑相近容易混排，所以鎳含量過多時，三元材料結構不穩(wěn)定。

三元材料及前驅體（根據(jù)網絡資料理解：獲得目標產物過程中的一種物質）制備方法：

三元材料的前驅體一般是含+2價的鎳鈷錳元素的氫氧化物，前驅體化學式為：NixCoyMn（1-x-y）(OH)2（x<1，y<1）。

前驅體的合成方法：一般采用液相共沉淀方法，以硫酸鎳（NiSO4）、硫酸鈷（CoSO4）、硫酸錳（MnSO4）作為反應物，水作為溶劑，氨水（NH3·H2O）作為絡合劑（根據(jù)網絡資料理解：氨水絡合劑可以將三元材料沉淀中的雜質溶解），氫氧化鈉（NaOH）作為沉淀劑。以生成NCM523三元材料前驅物為例，反應方程式如下：

0.5NiSO4+0.2CoSO4+0.3MnSO4+2NaOH→Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2+Na2SO4

共沉淀后形成的產物經過脫水干燥后，可得到前驅體粉末。

與鈷酸鋰正極材料類似，三元正極材料也采用固相反應法進行燒結制備：將所制備的含有鎳鈷錳氫氧化物的前驅體與鋰源（鋰的來源，如碳酸鋰（Li2CO3））充分混合，并在高溫下煅燒，得到層狀結構的物相，即為NCM523三元材料，反應方程式為：

4Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2+2Li2CO3+O2→4LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+4H2O+2CO2

燒結后的三元材料通過粉碎和分級工序，可得到微米級粉體材料，再經過過篩、除鐵等工序，除去材料中的異物，可得到滿足鋰離子電池使用需求的正極材料粉體。

圖片來源：學堂在線《鋰離子電池材料與技術》

在實際應用中，三元正極材料存在高溫結構穩(wěn)定性低，具有熱失控風險等問題，需要進行改性。

目前工業(yè)界廣泛采用的改性措施包括三項：

（1）體相摻雜。一般采用金屬陽離子，如鎂離子（Mg2+）、鋁離子（Al3+）、鈦離子（Ti4+）、鋯離子（Zr4+）、釔離子（Y3+）、鋇離子（Ba2+）等。

體相摻雜的離子利用同晶格中的氧形成更為牢固的化學鍵，起到穩(wěn)定結構的作用，進而改善材料的循環(huán)壽命與熱穩(wěn)定性（含個人理解）。

摻雜工藝一般在前驅體合成或正極材料燒結過程中實施，采用液相共沉淀法摻雜效果更為均勻，但采用液相共沉淀法控制工藝與合成條件要求更高。

（2）表面包覆。一般采用金屬氧化物，常用的金屬氧化物包括氧化鎂（MgO）、三氧化二鋁（Al2O3）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鈦（TiO2）等。

表面包覆，一方面使材料與電解液接觸的反應活性界面減少，降低副反應，抑制金屬離子的溶解，優(yōu)化材料的循環(huán)性能；另一方面包覆物質還可以穩(wěn)定正極材料表面的氧原子，抑制材料在充放電過程中表面結構變化，對三元材料的循環(huán)和存儲性能有益。

（3）工藝優(yōu)化。優(yōu)化工藝包括優(yōu)化晶體尺寸與形貌、降低表面殘鋰量、減少材料中細粉含量等，從而對三元材料的電化學性能產生有益影響。

審核編輯 ：李倩