高压镍钴锰三元正极材料研究进展及应用前景展望
高镍三元镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法与流程
高镍三元镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法与流程（原创实用版3篇）目录（篇1）1.高镍三元镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法与流程的介绍2.高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的优点和应用领域3.制备高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的工艺流程和方法4.当前高镍三元镍钴锰酸锂正极材料制备技术的挑战和未来发展趋势正文（篇1）一、高镍三元镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法与流程的介绍高镍三元镍钴锰酸锂正极材料是一种新型的锂离子电池正极材料，具有高能量密度、高功率密度、良好的循环稳定性和低温性能等优点，被广泛应用于动力电池、储能电池和高容量消费电子设备中。
制备高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的工艺流程如下：1.前驱体的制备：将镍盐、钴盐和锰盐按照一定比例混合，加入氢氧化钠溶液搅拌均匀，得到前驱体。
2.溶胶-凝胶处理：将前驱体溶于硝酸中，在一定温度下搅拌均匀，得到溶胶-凝胶溶液。
3.沉淀处理：将溶胶-凝胶溶液滴加到聚乙烯醇溶液中，在一定温度下搅拌均匀，得到沉淀物。
4.干燥处理：将沉淀物干燥后，研磨成粉末。
5.活化处理：将粉末在一定温度下焙烧，得到高镍三元镍钴锰酸锂正极材料。
二、高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的优点和应用领域高镍三元镍钴锰酸锂正极材料具有以下优点：1.高能量密度：可以提供更高的电池能量密度，使得电池体积更小，重量更轻。
2.高功率密度：可以快速充放电，适用于需要快速响应的应用场景，如电动汽车和移动设备。
3.良好的循环稳定性和低温性能：循环寿命长，适合长时间使用；低温性能好，适用于寒冷地区。
目录（篇2）1.引言2.高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的介绍3.制备方法与流程4.讨论与应用5.结论正文（篇2）一、引言随着新能源技术的不断发展，高镍三元镍钴锰酸锂正极材料作为一种重要的电池正极，其性能和应用受到广泛关注。
本文将介绍这种材料的特性、制备方法及其应用。
二、高镍三元镍钴锰酸锂正极材料的介绍高镍三元镍钴锰酸锂正极材料是一种具有高能量密度、高功率密度和长寿命的电池正极材料。
三元电池镍钴锰的作用
三元电池镍钴锰的作用1. 引言三元电池是一种重要的锂离子电池，其中主要活性材料是镍、钴和锰的氧化物。
这种电池由于其高能量密度、长循环寿命和良好的安全性能，被广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。
本文将详细介绍三元电池中镍钴锰的作用。
2. 镍钴锰在正极材料中的作用在三元电池中，镍钴锰通常被用作正极材料。
正极是电池中起到储存和释放锂离子的关键部分。
镍钴锰具有以下重要作用：2.1 提供高容量镍、钴和锰都具有较高的比容量，即单位质量或体积内储存的锂离子数量多。
因此，将这三种金属氧化物组合在一起可以提供更高的整体容量，使得三元电池具有较长的使用时间。
2.2 改善循环寿命单独使用镍氧化物或钴氧化物时，会出现容量衰减快、循环寿命短的问题。
而镍钴锰的组合可以互补彼此的缺点，改善电池的循环寿命。
镍氧化物和钴氧化物可以提供高容量，而锰氧化物具有良好的结构稳定性和电导率，能够抑制正极材料的结构破坏和电阻增加，从而延长电池的使用寿命。
2.3 提高能量密度能量密度是指单位体积内储存的能量。
三元电池中使用镍钴锰作为正极材料可以实现较高的能量密度。
这是因为镍、钴和锰都具有较高的比容量，并且相对较轻，不会显著增加电池重量。
3. 镍钴锰在负极材料中的作用除了在正极材料中发挥重要作用外，镍钴锰也在负极材料中起到关键作用。
3.1 改善负极稳定性传统三元电池使用石墨作为负极材料，但在高温下容易发生热失控反应。
镍钴锰可以与石墨形成复合负极材料，改善材料的热稳定性，降低电池在高温环境下的安全风险。
3.2 提高循环寿命镍钴锰作为负极材料可以提高电池的循环寿命。
它可以减缓锂离子在负极材料中的扩散速率，减少锂金属的析出和电解液中溶解锂离子的损失。
这样可以减少电池容量衰减的速度，延长电池的使用寿命。
4. 结论镍钴锰在三元电池中扮演着重要角色。
作为正极材料，它们提供了高容量、改善循环寿命和提高能量密度的优势。
同时，在负极材料中，镍钴锰可以改善稳定性和循环寿命。
三元材料镍钴锰的作用
三元材料镍钴锰的作用
1.高容量：镍钴锰材料具有较高的比容量，可以存储更多的锂离子。
相比于传统的钴酸锂材料，镍钴锰材料的比容量更高，能够存储更多的锂
离子，从而提高电池的能量密度。
2.高循环性能：镍钴锰材料的高循环性能是其作为正极材料的重要优
势之一、循环寿命是衡量电池性能的重要指标，而镍钴锰材料在循环过程
中能够保持较好的容量和功率保持性能，减少了电池循环过程中的容量衰减，提高了电池的使用寿命。
3.高能量密度：镍钴锰材料具有较高的能量密度，可以存储更多的能量。
能量密度是电池能够储存的能量的量度，能量密度越高，电池的续航
能力就越好。
镍钴锰材料的高能量密度使得电池能够在相同体积和重量下
存储更多的能量，从而提高了电池的续航能力。
4.良好的热稳定性：镍钴锰材料具有较好的热稳定性和安全性能。
在
高温下，镍钴锰材料能够保持较好的电化学性能，不会因为温度升高而出
现剧烈的容量衰减。
此外，镍钴锰材料的热耐受性良好，不易发生过热、
过放电等危险情况，提高了电池的安全性。
5.可调变化：镍钴锰材料可以通过调整镍、钴、锰的比例来改变其性能。
可以通过适当调整镍、钴、锰的比例，优化材料的结构和性能来满足
不同应用需求。
总结起来，三元材料镍钴锰作为锂离子电池的正极材料，具有高容量、高循环性能、高能量密度、良好的热稳定性和可调变化的特点。
它在电动车、手机、笔记本电脑等领域得到广泛应用，并且在未来发展中有着较大
的潜力。
高镍三元正极材料研究进展
第44卷第7期2016年7月硅酸盐学报Vol. 44，No. 7July，2016 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2016.07.03 锂离子电池正极材料高镍LiNi1−x−y Co x Mn y O2研究进展刘嘉铭，张英杰，董鹏，李雪，夏书标(昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明 650093)摘要：高镍含量三元层状材料LiNi1−x−y Co x Mn y O2(NCM)凭借比容量高、成本较低和安全性优良等优势，成为研究的热点，被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。
综述了高镍NCM材料的晶体电子结构特征以及镍含量变化对性能的影响，介绍了国内外主要的制备方法和掺杂和包覆改性的机理和特性，并展望了高镍NCM材料未来的应用和发展方向。
关键词：锂离子电池；正极材料；镍钴锰氧化物；综述中图分类号：O484 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2016)07–0931–11网络出版时间：2016–05–30 10:27:26 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20160530.1027.017.htmlProgress of Nickel–rich LiNi1−x−y Co x Mn y O2 as Cathode Materials for Lithium Ion BatteryLIU Jiaming, ZHANG Yingjie, DONG Peng, LI Xue, XIA Shubiao(Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China)Abstract: Due to their advantages of high specific capacity, low cost and high safety, nickel–rich layered metal oxide materials LiNi1−x−y Co x Mn y O2 (NCM) are believed to be a candidate of the potential cathode materials for lithium ion power battery, and have become a research hotspot. The impact of crystal structure, electronic structure, and nickel content on the electrochemical performance of nickel–rich NCM were summarized, the main synthesis methods at home and abroad, the mechanism and characteristics of coating and doping were introduced, and the prospect for nickel–rich NCM cathode materials has been discussed.Keywords: lithium–ion battery; cathode material; layered metal oxide; review锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点而得到广泛的青睐[1–4]。
三元高镍正极材料作用
三元高镍正极材料作用三元高镍正极材料是目前锂离子电池中常用的正极材料之一，其主要成分包括钴、镍和锰，相比于传统的钴酸锂材料和磷酸铁锂材料，三元高镍正极材料具有更高的容量、更好的循环寿命和更好的安全性能。
三元高镍正极材料在锂离子电池中的主要作用包括以下几个方面：1. 提高电池容量三元高镍正极材料中的镍含量较高，可以提高电池的容量。
由于镍的比容量较高，因此可以在不增加电池重量的前提下提高电池的容量。
目前市面上的三元高镍正极材料容量一般在150mAh/g左右，相比传统的钴酸锂材料的100mAh/g和磷酸铁锂材料的120mAh/g要高出很多。
因此，三元高镍正极材料可以用来制造高容量的电池，以满足高能量密度的要求。
2. 提高电池循环寿命目前电动汽车等高端应用对电池循环寿命的要求越来越高，而三元高镍正极材料在提高循环寿命方面有着很大的优势。
三元高镍正极材料可以提高电池的低温性能，抑制电解液的挥发，降低电池内部的腐蚀等问题，从而更加稳定，使电池的循环寿命可以达到500次以上。
在高端应用中，三元高镍正极材料已经成为首选的正极材料。
3. 提高电池的安全性三元高镍正极材料在提高电池安全性方面也有着显著的优势。
三元高镍正极材料比钴酸锂等传统材料更加安全，可以避免电池在充放电过程中爆炸、起火等安全问题，提高了电池的稳定性和安全性。
另外，三元高镍正极材料的成本比钴酸锂等传统材料更低，也受到了广泛的关注和研究。
总之，三元高镍正极材料在锂离子电池中的应用已经得到了广泛的认可。
它可以提高电池的容量、循环寿命和安全性，成为未来电池材料发展的趋势。
随着技术的不断发展和优化，相信三元高镍正极材料将会更加成熟和完善，发挥更大的作用。
三元材料镍钴锰的作用
三元材料镍钴锰的作用
1.高容量：镍钴锰材料具有较高的比容量，是指材料单位重量或体积
下储存/释放的电荷量。
这意味着锂离子电池可以以相对较小的重量和体
积获得更高的电荷储存容量，从而满足现代电子设备对高性能和轻便的需求。
2.高能量密度：三元材料镍钴锰可以存储更多的电荷，并且能量密度
较高。
高能量密度意味着锂离子电池能够提供更多的电量，延长使用时间，并且更适合一些高能量密度要求的设备，如电动汽车。
3.高循环稳定性：锂离子电池是一种充放电循环使用的能量存储设备，而循环稳定性是其一个重要的指标。
三元材料镍钴锰具有较好的循环稳定性，可保持电池性能长久稳定，延长电池寿命。
4.优异的安全性：三元材料镍钴锰在锂离子电池中的使用可以提高电
池的安全性能。
相比于其他材料，镍钴锰材料的热失控和安全事件风险较低，从而减少了电池过热、起火和爆炸的潜在风险。
5.快速充放电性能：镍钴锰材料对快速充放电具有较高的响应能力，
可以满足一些需要快速充电和释放能量的应用领域，如电动汽车、无人机等。
6.耐高温性能：由于镍钴锰材料具有较高的熔点和热稳定性，所以能
够在高温环境下工作。
这对于一些需要在极端温度条件下使用的设备来说
非常重要，如航空航天、军事领域等。
综上所述，三元材料镍钴锰在锂离子电池中具有高容量、高能量密度、高循环稳定性、优异的安全性、快速充放电性能和耐高温性能等优点。
这
些优点使得锂离子电池在电动汽车、可穿戴设备、无人机、移动通信设备等领域得到了广泛应用和发展。
富镍三元正极材料的改性研究进展
富镍三元正极材料的改性研究进展 作者：肖黎 孙磊 徐子轩 刘旭燕 来源：《有色金属材料与工程》2024年第03期 摘要：富镍三元正极材料具有高能量密度和低成本等优点，是一种有前途的正极材料。然而，富镍三元正极材料存在容量衰减和热稳定性差等问题。综述了富镍三元正极材料的晶体结构特性，对三元正极材料存在的问题进行概述；总结了形貌调控、结构设计、离子掺杂和表面包覆等提升正极材料电化学性能的改性方法，重点总结了氟离子掺杂和稀土元素掺杂以及不同合成方法包覆SiO2对电化学性能的影响；对未来的发展进行了总结和展望。
关键词：Li + 电池；富镍三元正极材料；晶体结构；存在问题；改性研究 中图分类号：TQ 131.11; TM 912 文献标志码：A Research progress on modification of nickel-rich ternary cathode materials XIAO Li1，SUN Lei1，XU Zixuan2，LIU Xuyan1 （1. School of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China;
2. School of Mechanical Engineering， Changchun Guanghua University， Changchun 130033， China）
Abstract：Nickel-rich ternary cathode material is considered as a promising electrode material because of its high energy density and low cost. However， nickel-rich ternary cathode materials also have problems such as capacity attenuation and poor thermal stability. Firstly， the crystal structure characteristics of nickel rich ternary cathode materials are discussed， and the existing problems of ternary cathode materials are briefly summarized. Secondly， the modification methods to improve the electrochemical properties of cathode materials such as morphology control， structure design， doping and coating are reviewed. The effects of fluorine doping and rare-earth element doping， as well as different synthetic methods of coating silica on the electrochemical properties are summarized. Finally， the future development in this field is summarized and prospected.
高镍三元简介演示
01
高镍三元材料的应用案例
电动汽车电池应用
1 2
高能量密度
高镍三元材料具有高能量密度的特点，能够提升 电动汽车的续航里程，满足消费者日益增长的需 求。
快速充电性能
高镍三元材料具备优异的倍率性能，支持快速充 电，缩短电动汽车充电时间，提高用户便利性。
3
良好的循环寿命
在电动汽车电池应用领域，高镍三元材料表现出 良好的循环寿命，确保电池在长期使用过程中保 持稳定的性能。
未来发展方向与策略建议
多元化资源供应
积极寻求多元化的资源供应，降低对单一资源的依赖，确 保高镍三元材料的稳定生产和市场供应。
提升安全性能
加强高镍三元材料安全性能的研究，通过改进材料组成、 优化电池管理系统等方式提高电池的安全性能，满足市场 不断增长的安全性能要求。
推动技术创新
加大科研投入，推动高镍三元材料的技术创新，提高材料 的能量密度、循环寿命等关键性能指标，降低成本，拓展 应用领域。
安全性能
过充、过放安全性能
01
高镍三元材料具有良好的过充、过放安全性能，能够有效地防
止电池过充、过放引起的安全问题。
耐滥用性能
02
高镍三元材料不易受到外界物理、化学因素的影响，具有较强
的耐滥用性能。
环保性能
03
高镍三元材料不含有毒有害物质，符合环保要求，是一种绿色
环保的电池材料。
01
高镍三元材料的发展前景 与挑战
感谢您的观看
THANKS
溶胶凝胶法
总结词
高纯度、纳米级。
详细描述
溶胶凝胶法是一种制备高纯度、纳米级高镍三元材料的方法。它通过将金属醇盐或金属醋酸盐等溶质 溶解在有机溶剂中，形成溶胶，再经过凝胶化、干燥和热处理等步骤得到目标材料。该方法制备的材 料纯度高、粒度小、均匀性好，但工艺较复杂，成本较高。
浅谈锂离子电池高镍三元正极材料
浅谈锂离子电池高镍三元正极材料摘要：锂离子电池镍钴锰三元正极材料具有比容量高、稳定性好、热稳定性好和成本较低的特性，近年来得到广泛的应用。
镍钴锰三元正极材料在使用过程中也存在一定的问题，如：循环性能不稳定，容量衰减较为严重;电导率较低，大倍率性能不佳;振实密度偏低，影响体积能量密度。
为了提高锂离子电池的综合性能，元素掺杂、表面包覆等多种工艺对三元正极材料进行了改性，可以提升材料的性能，且合成方法简单有效，适合工业化大规模生产。
关键词：锂离子电池，正极材料，表面包覆，元素掺杂引言现代社会对能源资源的需求量越来越大，全球范围内的能源危机日益加剧。
科学家正在研究并开发新型能源，以解决化石能源面临耗尽的问题。
锂离子电池作为一种新型二次电池，从20世纪70年代开始发展，刚问世就被广泛用在了各种便携电子产品的电源上面。
随着汽车工业的发展，世界石油资源的枯竭以及环境污染的加剧，锂离子电池在动力电源领域的研究开始受到广泛关注[1]。
为了得到电化学性能优异的锂离子电池三元体系正极材料，需对材料进行优化和改性。
在材料的优化和发展过程中，需要考虑以下几个设计准则：能量密度。
由材料的可逆容量和工作电压决定，而可逆容量和工作电压又主要由材料的本征化学(如:有效的氧化还原电对、活性材料中的最大锂浓度等决定；速率容量；循环性能，速率容量和循环性能的主要决定因素是电子和离子的运动速度。
但粒子的形貌导致结构的各向异性也是重要的因素，在一些情况下，甚至成为主要的因素；安全性；成本。
因此，材料的优化通常从两个方面考虑:改变材料的本征化学(掺杂）和修饰形貌（包覆、控制粒子大小等)。
1、锂离子电池的结构及工作原理锂离子电池是利用锂离子浓差产生电势的一种电池，主要组成包括电极材料、隔膜、电解液构成。
锂离子电池的正极材料一般采用含锂离子的相关化合物，负极材料导电率一般都较高，多采用碳素材料或是锂片，而电解液则是一种锂盐溶解在混合有机溶剂中形成的溶液，这种溶液理论上不仅具有离子导电性和电子绝缘性，并且具有与锂离子相容性良好的特点。
共沉淀法制备镍钴锰三元材料的研究
2023年 5月上 世界有色金属157化学化工C hemical Engineering共沉淀法制备镍钴锰三元材料的研究朱静薰（广西中伟新能源科技有限公司，广西 钦州 ５３５０００）摘 要：随着社会的发展，人们在日常生活中对于电能的使用更加广泛且具体。
电池作为储存电能的主要装置，在实际的运用过程中，有着较高的使用性能要求。
在我国研究人员不断的深入研究下，镍钴锰三元正极材料在近几年不断发展，并且有较高的实际应用价值。
镍钴锰三元正极材料结合了之间的优势，从而形成，从而在啊共沉淀法的制备下产生，更产生合成材料，结合这Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｎ三类化合元素的主要优势，提升了镍钴锰三元材料在实际应用过程中的使用效能。
在三元正极材料的不断制备中，需要加强高比容量、高倍率、长循环寿命等因素的关注，加强前驱体物理质量的研究和选择。
本文以共沉淀法为主要的制备方式，讨论镍钴锰三元正极材料的主要制备过程以及发展情况。
关键词：共沉淀法；钴镍锰三元正极材料；制备研究中图分类号：ＴＭ９１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０９－０１５７－３Study on the preparation of nickel cobalt manganese ternary materials by co precipitation methodZHU Jing-xun（Ｇｕａｎｇｘｉ Ｚｈｏｎｇｗｅｉ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ，Ｑｉｎｚｈｏｕ ５３５０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｃｉｅｔｙ， ｐｅｏｐｌｅ＇ｓ ｕｓｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅｉｒ ｄａｉｌｙ ｌｉｖｅｓ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ａｎｄ ｓｐｅｃｉｆｉｃ． Ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｓｔｏｒｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｎｅｒｇｙ， ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｉｎ－ｄｅｐｔｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， ｎｉｃｋｅｌ ｃｏｂａｌｔ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｔｅｒｎａｒｙ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ａｎｄ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ． Ｔｈｅ ｎｉｃｋｅｌ ｃｏｂａｌｔ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｔｅｒｎａｒｙ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ｔｏ ｆｏｒｍ ａ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｉ Ｃｏ Ｍｎ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ， ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｎｉｃｋｅｌ ｃｏｂａｌｔ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｔｅｒｎａｒｙ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｒｎａｒｙ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｐａｙ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｐａｃｉｔｙ， ｈｉｇｈ ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｌｏｎｇ ｃｙｃｌｅ ｌｉｆｅ， ａｎｄ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ｃｏｂａｌｔ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｔｅｒｎａｒｙ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｉｎｇ ｃｏ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Keywords: ｃｏ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ； Ｃｏｂａｌｔ ｎｉｃｋｅｌ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｔｅｒｎａｒｙ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ； Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ收稿日期：２０２３－０３作者简介：朱静薰，女，生于１９８７年，中级工程师，研究方向：镍钴冶炼、三元前驱体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 高压镍钴锰三元正极材料研究进展及应用前景展望 作者：吴英强 倪欢 孟德超 王莉 何向明 来源：《新材料产业》2015年第09期
锂离子电池具有电压高、比能量高、质量轻、体积小、自放电小、寿命长等众多优点，是目前综合性能最好的电池体系之一，广泛应用于高能便携电子设备。在民用领域，锂离子电池正从3C领域（移动电子设备、智能手机、笔记本电脑等）迅速拓展到能源交通领域，包括电动汽车、电网调峰、太阳能、风能电站蓄电等。在国防军事方面，锂离子电池的应用则覆盖了陆（军用通信设备、单兵系统、陆军战车等）、海（潜艇、水下机器人）、空（无人侦察机）等诸多兵种。随着应用范围的迅速扩展，锂离子电池正朝着更高的能量密度（250～300Wh/kg）方向发展，同时对电池的安全性及循环寿命提出更高要求。基于当前的嵌入式电极反应机制及锂离子电池的工艺技术，正极材料的性能是决定锂离子电池的能量密度、安全性及循环寿命等指标的关键因素。
目前研究和应用最多的正极材料主要有：①聚阴离子类型正极材料[1]，如磷酸铁锂（LiFePO4）、 LiFe1-xMnxPO4、硅酸盐如硅酸亚铁锂（Li2FeSiO4）等；②尖晶石结构的正极材料[2]，如次锰酸锂（LiMn2O4）、LiMn1.5Ni0.5O4等；③六方层状结构材料LiNi1-x-yCoxMnyO2，如钴酸锂（LiCoO2）、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等[3]；④富锂层状材料xLi2MnO3·（1-x）LiMO2〔M=锰（Mn），镍（Ni），钴（Co）〕等[4]。其中，LiFePO4广泛应用于动力锂离子电池的正极材料，但受限于理论比容量及电压平台，LiFePO4电池能量密度的提升空间很小。LiMn2O4具有三维的锂离子扩散通道，电压平台高、倍率性能优越，加上价格上优势，被认为是极具潜力的动力锂离子电池正极材料。然而，LiMn2O4的理论比容量较低，且高温性能欠佳。通过改性（掺杂）能有效提高其高温性能，但受到理论比容量的限制，LiMn2O4单独使用作为正极在高比能电池领域的应用没有优势。与LiMn2O4处于同一家族的LiMn1.5Ni0.5O4尖晶石正极材料，由于锰离子全部处于正4价，不受Jahn- Teller效应的影响，其高温性能明显改善。在充放电过程中，镍离子为电化学活性过渡金属，其Ni4+/3+，Ni3+/2+氧化还原电位表现出4.7V左右的电压平台，其电池的能量密度比LiMn2O4的高14.6%，因此受到研究人员的广泛关注及研究兴趣。然而高压（5.0V）电解液的短板限制了LiMn1.5Ni0.5O4材料的应用，虽然和钛酸锂负极搭配使用能取得很好的效果，但造成的能量密度下降将得不偿失。相比之下，富锂层状材料xLi2MnO3·（1-x）LiMO2无论在电压平台还是比容量上都表现出极大的优势。当充电截止电压（vs.Li）达到4.8V时，富锂层状材料可发挥出超过250mAh/g的可逆比容量，在目前所有的嵌入式正极材料中是最高的。正因为如此，富锂层状材料在学术界及工业界都引起极大的研究兴趣，被认为值下一代高比能电池的首选正极材料。然而这类正极材料的劣势也非常明显，例如循环过程的电压衰减[5]、充放电过程中的电压滞后问题[6]、首次库伦效率低、倍率性能及循环稳定性差、电解液匹配问题、批量制备过程中的批次性问题，以上每一个问题都会严重影响富锂层状材料的产业化进龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 程。然而，目前这些问题很多都还没有得到很好的解决，因此富锂层状材料的产业化任重而道远。所幸同样属于层状结构的镍钴锰三元材料LiNi1-x-yCoxMnyO2则是另外一番景象，该材料无论在高电压、高比容量的开发，还是电池制备工艺技术都取得了巨大的成功，随着高比容量负极材料不断的完善，镍钴锰三元材料是当前最接近于实现250～300Wh/kg电池目标的一类正极材料。因此，本文试图从镍钴锰三元材料LiNi1-x-yCoxMnyO2的
起源、存在问题及改性方法进展及应用前景等方面进行介绍，达到温故而知新的目的。 一、镍钴锰三元材料 LiNi1-x-yCoxMnyO2的起源 20世纪90年代，日本索尼公司首先实现锂离子电池的商业化，其中使用LiCoO2作为正极的活性材料。由于该锂离子电池相对于铅酸电池、镍氢电池及镍镉电池具有更高的能量密度，并且具有质量轻、体积小、自放电小、寿命长等众多优势，因此以LiCoO2作为正极材料的锂离子电池广泛应用于3C领域，并迅速成为该领域的主导。早期的研究发现，Li1-xCoO2材料在充放电过程中x的值不能大于0.5，即限定了电池的电压不能超过4.2V，否则Li1-xCoO2材料的晶体结构会坍塌，从而导致电化学性能恶化和严重的安全问题。当限制电池充电截止电压为4.2V时，LiCoO2仅能发挥出140mAh/g左右的比容量，严重限制了LiCoO2电池能量密度的输出。虽然通过优化LiCoO2正极材料及其电池的制备工艺，电池的能量密度得到明显的提升，但在此基础上进一步提高电池能量密度显然困难重重。此外，受到金属Co、毒性以及电池安全性等众多不利因素的影响，LiCoO2正极材料在动力电池领域的大规模使用微乎其微。针对这些问题，研发人员进行了大量的工作，集中点在于开发新型的高比容量正极材料。其中的一个方法是提高充电截止电压（释放出更高的比容量），例如LiCoO2正极材料，将充电截止电压提高到4.5V（vs.Li）时可释放出180mAh/g左右比容量。但其晶体结构稳定性及电池的安全问题将很难得到保证，因此需要进行改性，方法主要是通过与铝（Al）、钛（Ti）、镁（Mg）等金属离子体相掺杂和表面包覆改性[7]。近几年来，这方面的研究工作取得了长足进展，但由于篇幅的原因，这里不做详细介绍。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 另外一个方向则是新材料的开发，其中的典型代表是镍酸锂（LiNiO2）和锰酸锂（LiMnO2）两种材料，具有容量高、价格低等优势。与LiCoO2材料一样，LiNiO2和LiMnO2均具有层状结构，但由于Ni3+：d7在eg轨道上电子的不均等占有，过渡金属层中的Ni3+O6八面体发生畸变，Mn3+高自旋d4电子构型引起强的Jahn-Teller效应，Mn3+O6八面体变形，使MnO2层发生褶皱，而Co3+：d6在eg轨道上电子则是均等占有的，其Co3+O6八面体不变形。因此，在LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三种材料中，LiCoO2的层状结构最稳定，LiNiO2次之，LiMnO2最差。宏观表现则是LiCoO2无论在合成还是电化学性能均最为优异，而LiNiO2和LiMnO2两种材料难以合成，电化学性能同样不尽如人意，因此LiNiO2和LiMnO2这种单组份过渡金属离子的层状正极材料的研究已经不是主流，更多的则是将Ni、Co、Mn按照一定的比例进行复合，所获得的镍钴锰三元材料反而表现出更好的电化学性能。其中，化学计量比的镍钴锰三元材料（LiNi1-x-yCoxMnyO2）最早于1999年由华裔学者Liu Zhao-lin小组报道，随后国际上很多课题组对这一系列的材料展开非常深入细致的研究[8]。研究发现，在LiNi1-x-yCoxMnyO2系列材料中，三元材料〔即y=（1-x）/2〕表现出更高的结构及化学稳定性。事实上，在对称型的三元材料中，Ni显2+价、Co显3+价、Mn显4+价。由于Ni2+：d8和Mn4+：d3在配位轨道（eg、t2g）上电子均等占有，无Jahn-Teller效应，配位八面体不变形。因此，由Ni2+、Co3+、Mn4+构成的层状材料（如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2等）具有更高的结构稳定性，在合成制备上也会更加容易。
另一方面，虽然Co3+O6八面体更稳定，但Co3+/4+︰eg电子轨道与O2-：2p电子轨道顶部具有较大的交盖，如图1所示[9]。当发生氧化反应（脱锂过程）时，具有强氧化性的Co4+极易将O2-氧化，导致层状结构坍塌及强烈的电解液分解反应，这解释了未经改性的LiCoO2材料充电截止电压不能超过4.2V的原因。然而，Ni3+/4+：eg电子轨道与O2-：2p电子轨道顶部仅有极小的交盖，Mn3+/4+：eg电子轨道与O2-：2p电子轨道则无交盖，在氧化过程中，Ni4+和Mn4+比Co4+具有更高的化学稳定性。
因此，理论上对称型的镍钴锰三元材料LiNi1-x-yCoxMnyO2在结构及化学稳定性上表现更加优异，普通的LiNi1-x-yCoxMnyO2三元材料在 4.35V（vs.Li）下表现出优越的循环性能，具有向高电压、高比容量方向发展的优势。然而普通的镍钴锰三元材料电池的能量密度相对于4.2V的LiCoO2电池几乎没有优势，更不用说高压LiCoO2（大于4.3V）了。因此，无论在3C领域还是动力电池领域，镍钴锰三元材料必须向高压方向发展才能发挥出优越性。
二、高压镍钴锰三元材料的改性 普通的镍钴锰三元材料半电池的标准测试电压是4.35V，在该电压下电极材料具有优越的循环性能，比容量可达到160mAh/g，高于普通的LiCoO2材料（140mAh/g）。然而，目前的三元材料几乎都是类球形的二次颗粒形貌，相对于微米一次单晶颗粒的LiCoO2材料，三元材料的压实密度要小，导致其电池的体积能量密度没有优势。因此必须充分发挥镍钴锰三元材料高比容量的优势，其中的一个办法是提高其电池的充电截止电压，如4.6V（vs.Li），在该电压下普通三元材料（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）可发挥接近200mAh/g的比容量；另外一个方法