浓度梯度型锂离子电池富镍氧化物正极材料

张珊，王珊，陈卫晓，高鹏，朱永明，2

（1 哈尔滨工业大学（威海）应用化学系，山东威海264209；2 松山湖材料实验室，广东东莞523808）

锂离子电池（LIBs）自1991年问世到现在经历了二十多年的发展，已经在便携式电子产品中得到了广泛的应用，在商业化上所取得的成功是任何一种二次电池无法比拟的。锂离子电池具有比能量高、质量轻、循环寿命长等优点，在纯电力汽车（EVs）、混合动力汽车（HEVs）和插电式汽车（PHEVs）中极具应用潜能[1]。其中提高能量密度和安全性是锂离子电池在汽车商业化应用中的关键，而这些性能在很大程度上取决于电极活性材料，特别是正极材料[2-4]。近年来，富镍三元氧化物正极材料LiNixCoyM1-x-yO2（M=Mn、Al，x≥0.6）由于具有高比容量、低成本、环保和无需高电压电解质等优点，受到越来越多的关注[5]。其中，LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811） 被认为是最有前途的材料[6]。但是，三元材料中镍含量增高，会产生Li/Ni 阳离子混排、表面反应和导致结构不稳定的裂纹扩展等缺点，导致富镍正极材料的循环寿命差、热稳定性差[7-9]。三元材料中的镍含量越高，材料的稳定性越差，安全性也越差，尤其是材料表面与电解液接触时，表面镍含量的高低直接影响着材料的性能。由于Ni 含量增高导致高镍三元材料的表面呈碱性，因此易与空气中的CO2和水分反应生成LiCO3和LiOH，或与电解液反应生成HF 等副反应产物，从而导致其不易储存、电池性能不稳定及不利于商业化生产等诸多问题。针对这些问题，研究者通常的解决办法是进行材料改性，例如离子掺杂和表面包覆等。……