鋰離子電池之三元正極材料

為獲得更多的可逆容量，通常可提高三元材料鎳的含量。例如在三元高鎳材料中，當(dāng)鎳的摩爾含量（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料：摩爾含量可表示某一種粒子數(shù)量占物質(zhì)同尺寸量級(jí)的總粒子數(shù)量的比值）提升至82%時(shí)，三元材料4.2V全電池克容量發(fā)揮可達(dá)到200mAh/g。當(dāng)鎳的摩爾含量提升至90%時(shí)，三元材料4.2V全電池克容量發(fā)揮可達(dá)到205mAh/g。

但因?yàn)殒囯x子與鋰離子半徑相近容易混排，所以鎳含量過(guò)多時(shí)，三元材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

三元材料及前驅(qū)體（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料理解：獲得目標(biāo)產(chǎn)物過(guò)程中的一種物質(zhì)）制備方法：

三元材料的前驅(qū)體一般是含+2價(jià)的鎳鈷錳元素的氫氧化物，前驅(qū)體化學(xué)式為：NixCoyMn（1-x-y）(OH)2（x<1，y<1）。

前驅(qū)體的合成方法：一般采用液相共沉淀方法，以硫酸鎳（NiSO4）、硫酸鈷（CoSO4）、硫酸錳（MnSO4）作為反應(yīng)物，水作為溶劑，氨水（NH3·H2O）作為絡(luò)合劑（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料理解：氨水絡(luò)合劑可以將三元材料沉淀中的雜質(zhì)溶解），氫氧化鈉（NaOH）作為沉淀劑。以生成NCM523三元材料前驅(qū)物為例，反應(yīng)方程式如下：

0.5NiSO4+0.2CoSO4+0.3MnSO4+2NaOH→Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2+Na2SO4

共沉淀后形成的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)脫水干燥后，可得到前驅(qū)體粉末。

與鈷酸鋰正極材料類似，三元正極材料也采用固相反應(yīng)法進(jìn)行燒結(jié)制備：將所制備的含有鎳鈷錳氫氧化物的前驅(qū)體與鋰源（鋰的來(lái)源，如碳酸鋰（Li2CO3））充分混合，并在高溫下煅燒，得到層狀結(jié)構(gòu)的物相，即為NCM523三元材料，反應(yīng)方程式為：

4Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2+2Li2CO3+O2→4LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+4H2O+2CO2

燒結(jié)后的三元材料通過(guò)粉碎和分級(jí)工序，可得到微米級(jí)粉體材料，再經(jīng)過(guò)過(guò)篩、除鐵等工序，除去材料中的異物，可得到滿足鋰離子電池使用需求的正極材料粉體。

圖片來(lái)源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

在實(shí)際應(yīng)用中，三元正極材料存在高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性低，具有熱失控風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，需要進(jìn)行改性。

目前工業(yè)界廣泛采用的改性措施包括三項(xiàng)：

（1）體相摻雜。一般采用金屬陽(yáng)離子，如鎂離子（Mg2+）、鋁離子（Al3+）、鈦離子（Ti4+）、鋯離子（Zr4+）、釔離子（Y3+）、鋇離子（Ba2+）等。

體相摻雜的離子利用同晶格中的氧形成更為牢固的化學(xué)鍵，起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，進(jìn)而改善材料的循環(huán)壽命與熱穩(wěn)定性（含個(gè)人理解）。

摻雜工藝一般在前驅(qū)體合成或正極材料燒結(jié)過(guò)程中實(shí)施，采用液相共沉淀法摻雜效果更為均勻，但采用液相共沉淀法控制工藝與合成條件要求更高。

（2）表面包覆。一般采用金屬氧化物，常用的金屬氧化物包括氧化鎂（MgO）、三氧化二鋁（Al2O3）、氧化鋯（ZrO2）、氧化鈦（TiO2）等。

表面包覆，一方面使材料與電解液接觸的反應(yīng)活性界面減少，降低副反應(yīng)，抑制金屬離子的溶解，優(yōu)化材料的循環(huán)性能；另一方面包覆物質(zhì)還可以穩(wěn)定正極材料表面的氧原子，抑制材料在充放電過(guò)程中表面結(jié)構(gòu)變化，對(duì)三元材料的循環(huán)和存儲(chǔ)性能有益。

（3）工藝優(yōu)化。優(yōu)化工藝包括優(yōu)化晶體尺寸與形貌、降低表面殘鋰量、減少材料中細(xì)粉含量等，從而對(duì)三元材料的電化學(xué)性能產(chǎn)生有益影響。

審核編輯 ：李倩