锂离子电池正极材料研究进展

锂离子电池正极材料研究进展

冉昕昕

贵州梅岭电源有限公司 贵州遵义 563000

摘要：针对锂离子电池而言，在很大程度上其能否是实现持续提高性能，主要受限于正极材料。对此，本文将简要分析正极材料的有关研究进展。

关键词：研究进展；正极材料；锂电池

引言：锂离子电池以往所采用正极材料，当前在此方面的研究愈发成熟，可依然有一些瓶颈问题无法克服。面对这样的情况，进行廉价、新型正极材料的研发，已经成为一大热点研究课题。

一、研究进展分析

（一）镍钴铝酸锂

三元材料，其所呈现的晶体结构和 类似，从属于 型 空间点群。类似于 ， 用于锂电池的正极材料，在一定程度上电化学性直接和所含过渡金属相关，当中含量较高的 为材料到来更高容量； 主要发挥促进材料结构稳定的作用，同时还能有效避免阳离子混排；虽然 没有电化学活性，可是依然在材料结构稳定方面起到重要作用。 材料即使循环性能优良，而且当前已经成功运用于到电动汽车产业，目前依旧有一些技术问题需要处理，比如纯相结构获得难度大、较低的充电效率、不理想的高温性能等。 材料常见的改性方法体现出在物理性能、电化学性能上。前者基本原理为将现有生产工艺优化，例如搅拌的速度及方式、原材料浓度以及烧结时间等；后者基本原理针对 材料实施表面改性、离子掺杂等方法，促进其电子、离子原有的导电能力与传输能力提高，由此使得电化学性能增强。例如以固相反应进行 材料制备，并且能够在表面均匀裹挟 保护膜，通过这样的做法，正极材料避免由于和电解液过度接触而出现副反应，在温度是 、 时，通过检测得到其放电比容量超过 ，在1C下经过100次循环能达到超过63%的容量保持率。也有研究人员通过固相低温烧结在 纳米材料中掺入F元素，让其一部分用于氧原子的取替，在一定程度上表面 离子降低原本含量，让其在高温、高倍率等条件下的循环性能均显著提高。

2. 镍钴锰酸锂

3. 材料用作正极材料，其可以在实际放电中拥有更稳定的结构，一方面避免 效应的发生，另一方面拥有更高的比容量高的同时相比 成本更低，但存在的不足是电子较低的电导率以及振实密度等。与此同时，若是三元组成当中所含Ni2+偏高依然有可能出现锂镍混排现象，锂进入到镍位无法在充放电时及时脱出，不仅减小了比容量还会影响到循环性能 改性常见方法是离子掺杂、又换电解液添加剂等。当前，有关研究人员将质量分数为 包裹在 表面之后，出于截止电压 ， 下第一次放电比容量检测为 ，且经过50次循环保持率超过 。现阶段，通过放电和充电截止电压的提高，促进比容量提高成为三元材料的使用主流趋势，而且在高电压条件下，怎样让电解液在进行分解时适配于三元材料，仍旧属于主要的研究方面。

（三）镍锰酸锂

关于 ，比容量在理论上能达到280mAh/g，并且其动力学和热力学相对稳定，经常适用于动力锂电池正极材料，可是 在具体应用过程中依然存在很多问题，例如第一次充电时容量损失是不可逆的，而且充放电效率偏低，出现这种问题的主要原因为如何电压超过4.5V， 中的氧原子以及 离子同时脱出，从而使得部分容量损失无法改变；因为 离子半径 与 离子半径 相近，很容易导致两种离子重排，这样也会引发不必要的容量损失，与此同时， 材料较低的电导率也会在现实中限制其大范围推广应用。当前，一些研究人员提出，如果采取共沉淀法进行 的制备，不仅放电比容量会提高并且其循环性能优良。如果充放电过程中的电流密度是 ，同时电压区间范围时 ， 在温度为 时，第一次放电比容量可以达到 ，在循环47次之后依然能让容量保持率高出 。采用这种方法成功制备出的 材料，之所以拥有优良性能主要是由于碳酸根离子具备较高稳定性，能够形成均衡尺寸、规整形貌的球状 纳米颗粒，这在一定程度上避免产生杂相材料。

二、推广受阻分析

虽然研究人员通过离子掺杂、改进合成等相关方式方法，改善了这些正极材料的有关性能，可是在产业化过程中未能达到预期应用效果，推广应用受阻的原因如下：研究人员倾向于尽可能提高材料的电化学性能，因此会忽略工业领域重视的加工性能，未能立足微观形影响加工性能方面展开研究。当前，正极材料主要是通过固相合的方式应用在工业生产领域，这样技术也愈发成熟。可有关掺杂改性更多是以液相法作为基础，这种方法具备材料混合均衡、较低后处理温度等很多优势，但其缺点为难以控制生产条件，很难实现批量化生产等，由此导致其难以在工业生产中运用。当前出现的一些制备新工艺主要体现在液相法上，没有针对固相合成开展充分的改进研究。虽然对材料优化表面修饰改性，已经在实验研究阶段获得理想成果，比如在表明包裹方面最成功的案例——碳包覆工艺，即便如此也未能广泛应用在产业化中。导致该问题的原因为，表面修饰会涉及到工艺工序的增加又受限于材料成本，因此要在改性提升的同具备较高性价比，才能真正实现大规模的产业化应用。

结束语：实际上，因为 拥有的巨大优势，当前依然是正极材料的首选。针对三元材料而言，一方面能量密度较高，另一方面材料拥有更高安全性且能做到稳定循环，在各种正极材料中正在提高其使用量占比；关于磷酸铁锂，凭借低廉价格和突出的安全性能，在动力电池中属于正极材料的第一选择； 不只是制备成本低，并且材料的安全性高，因此具有强大的发展潜力。仅采用一种正极材料会暴露出很大缺点，若是能够把两种或者多种不同性质的材料，以物理或是化学方式复合，形成科学配比及高效复合方法，则能实现材料性能的优势互补，从而充分发挥协同效应，远比单一正极材料的结果更加稳定、安全性能更强。

参考文献：

[1]王亚平，胡淑婉，曹峰.锂离子电池正极材料研究进展[J].电源技术，2017，41(04):638-640.

[2]郭红霞，乔月纯，穆培振.锂离子电池正极材料研究与应用进展[J].无机盐工业，2016，48(03):5-8+51.