锂离子电池用高镍单晶正极材料的研究进展

刘 帅，宋顺林，刘亚飞，陈彦彬

(1．北京矿冶研究总院，北京 100160；2．北京当升材料科技股份有限公司，北京 100160)

锂离子电池因其具有相对高的能量密度、高的工作电压以及优异的循环性能等优点，一直受到便携式电子设备、无人机、电动汽车、储能电站等行业的极大关注，成为当下最有商业前景的电储能介质。但在新能源汽车迅猛发展的大背景之下，伴随着新能源汽车补贴退坡及"双积分"政策的实施，市场对动力锂离子电池提出了更高的要求，能量密度高、安全性高、循环寿命长、热稳定性好、成本低成为评价动力电池的关键性能指标，尤其是能量密度和安全性问题。因此，具备层状结构的高镍正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2、LiNixCoyAl1-x-yO2和LiNixCoyMnzAl1-x-y-zO2(x≥0.8)等成为未来锂离子电池的首选。高镍材料不仅能提供更高的能量密度，同时降低了钴金属的含量，使成本进一步降低，在一定程度上缓解企业对原材料钴价格“疯长”的压力。

常规的高镍正极材料，主要由二次球形颗粒组成，以团聚体、多晶的形式存在。众所周知，随着Ni含量的增加，材料容量提高，但晶体中Li+/Ni2+混排加剧，严重影响材料的循环性能及安全性能，同时高镍球形多晶正极材料还存在以下一些急需解决的问题：(1)由于常规高镍正极材料以团聚体的形式存在，堆积密度较低，导致压实密度偏低；(2)在较高的压实下，二次球形颗粒会破碎，使材料的比表面积增加，副反应加剧，造成电化学性能下降；(3)在高电压充放电过程中，二次球形颗粒易发生结构坍塌，且容易出现产气等问题，这也是目前商业化的多晶、团聚正极材料面临的重大问题。……