1高鎳三元材料

　　一般來說，高鎳的三元正極材料是指材料中鎳的摩爾分數大于0.6，這樣的三元材料具有高比容量和低成本的特點，但也存在容量保持率低，熱穩定性能差等缺陷。

　　盤點：鋰電池三元材料10大研究進展

　　通過制備工藝的改進可以有效改善材料性能。顆粒的微納尺寸以及形貌結構，在很大程度上決定著高鎳三元正極材料的性能。因此目前主要的制備方法是將將不同原料均勻分散，通過不同生長機制，得到比表面積大的納米球形顆粒。

　　在眾多制備方法中，共沉淀法與高溫固相法結合是目前的主流方法，首先采用共沉淀法，得到原料混合均勻、材料粒徑均一的前驅體，然后經過高溫煅燒得到表面形貌規整、過程易于控制的三元材料，這是目前工業生產的主要方法。

　　噴霧干燥法較共沉淀法過程簡單，制備速度快，所得材料形貌并不亞于共沉淀法，有進一步研究的潛力。高鎳三元正極材料的陽離子混排和充放電過程中相變等缺點，通過摻雜改性和包覆改性能夠有效得到改善。在抑制副反應發生和穩定結構的同時，提高導電性、循環性能、倍率性能、存儲性能以及高溫高壓性能，仍將是研究的熱點。

　　2富鋰三元材料

　　下圖為富鋰三元正極材料xLi2MnO3˙(1-x)LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2(0.1≤x≤0.5)的結構示意圖，由于其特殊的結構，可脫出更多的鋰，具有寬電壓窗口和高比容的優勢，近年來被研究者所青睞。

　　這種材料之所有具有高電壓的特點，而且首次充放電機理與后續充電不同：首次充電會引起結構的變化，這種變化反映在充電曲線上有兩個以4.4V為分界的不同的平臺，第二次充電過程中，其充電曲線不同于第一次的曲線，由于第一次充電過程中Li2O從層狀結構的Li2MnO3中不可逆的脫出，在4.5V左右的平臺消失。

　　采用固相法、溶膠凝膠法、水熱法、噴霧熱解法和共沉淀法可以制備出不同結構的富鋰三元正極材料，其中，使用較多的是共沉淀法，且每一種方法均有其各自的優缺點。

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　　富鋰三元材料展現了良好的應用前景，是下一代高容量鋰離子電池所需的關鍵材料之一，但對于大規模應用。

　　該材料未來的研究方向主要為以下幾個方面：

　　(1)對脫嵌鋰機理的認識不足，無法解釋材料庫倫效率將低、材料性能差異大等現象；

　　(2)摻雜元素研究不夠充分，較單一；

　　(3)由于在高電壓下正極材料受到電解液的侵蝕，造成差的循環穩定性；

　　(4)商業化應用較少，在安全性能方面的考察不夠全面。

　　3單晶三元正極材料

　　鋰電三元材料在高電壓下，隨著循環次數的增加，二次粒子或團聚態單晶后期可能會出現一次粒子界面粉化或團聚態單晶分離的現象，造成內阻變大、電池容量衰減快、循環變差。

　　單晶型高電壓三元材料，可以提高鋰離子傳遞效率，同時減小材料與電解液之間的副反應，從而提高材料在高電壓下的循環性能。首先利用共沉淀法制備出三元材料前驅體，然后在高溫固相的作用下，得到單晶LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。

　　這種材料材料具有較好的層狀結構，在3～4.4V下，扣式電池0.1放電比容量可達186.7mAh/g，全電池1300次循環后放電比容量仍為初始放電容量的98%，是一種電化學性能優異的三元正極復合材料。

　　新正鋰業采用獨特的制備工藝，自行設計和裝配了先進的鋰離子電池正極材料生產線，在國際上首次大規模化生產微米級單晶顆粒改性尖晶石錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰三元系正極材料，達到年產500噸的生產能力。

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　　石墨烯具有單層原子厚度的二維結構，結構穩定，電導率可達1×106S/m。石墨烯用于鋰離子電池中具有以下優點：①導電和導熱性好，有助于提高電池的倍率性能和安全性；②相對于石墨，石墨烯儲鋰空間多，可以提高電池的能量密度；③顆粒尺度為微納米量級，鋰離子的擴散路徑短，有利于提高電池的功率性能。

　　JAN課題組利用研磨方法，首先將石墨烯和811型三元材料混合，然后50℃環境下攪拌8h，再經過干燥，得到石墨烯/811復合材料。由于石墨烯的改性作用，正極材料的容量、循環穩定性以及倍率性能都具有顯著的提高。

　　WANG在沉淀法制備三元前體時加入石墨烯，片層結構石墨烯的加入其空腔結構降低了一次顆粒的團聚，緩解外壓從而減少二次顆粒碾壓的破碎，石墨烯的三維導電網絡提高了材料高倍率性和循環性能。

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　　5高電壓電解液

　　三元材料由于具有高電壓窗口，受到了越來越多的關注與研究。然而，由于目前商業用的碳酸酯基電解液電化學穩定窗口低，高壓正極材料至今仍未產業化。

　　當電池電壓達到4.5(vs.Li/Li+)左右時電解液便開始發生劇烈的氧化分解，導致電池的嵌脫鋰反應無法正常進行。通過開發和應用新型的高壓電解液體系或者高壓成膜添加劑來提高電極/電解液界面的穩定性是研發高電壓型電解液的有效途徑。

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