富鎳三元正極材料，因可逆容量高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想的下一代高能量密度鋰離子動(dòng)力電池正極材料之一。不過(guò)，界面穩(wěn)定性差、二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退等問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了該類(lèi)正極材料的規(guī)模化應(yīng)用。

近日，長(zhǎng)沙理工大學(xué)副教授李靈均，與廈門(mén)大學(xué)張橋保、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室陸俊、內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等海內(nèi)外教授及團(tuán)隊(duì)合作完成了一項(xiàng)工作，通過(guò)第一性原理計(jì)算為指導(dǎo)，同步合成了鈦摻雜、鑭鎳鋰氧化物包覆的“雙重修飾”富鎳三元正極材料。這種簡(jiǎn)單高效的合成方法，將有望大大降低高性能富鎳三元材料的生產(chǎn)門(mén)檻。成果日前發(fā)表在國(guó)際期刊《先進(jìn)功能材料》上。

團(tuán)隊(duì)從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表面的遷移勢(shì)壘出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鈦摻入體相而鑭逃離至表面的狀態(tài)，為體系能量最低的狀態(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，他們合理設(shè)計(jì)并同步合成了“雙重修飾”的富鎳三元材料。材料展現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及優(yōu)異的電化學(xué)性能。在60攝氏度高溫循環(huán)150次后，雙重修飾材料的容量保持率，比純相富鎳材料提高了近兩倍。在采用全場(chǎng)透射X射線(xiàn)顯微成像對(duì)循環(huán)前/后的正極材料進(jìn)行可視化研究后，團(tuán)隊(duì)證明“雙重修飾”可抑制正極材料二次顆粒內(nèi)微裂紋的產(chǎn)生與循環(huán)過(guò)程中微裂紋擴(kuò)展，循環(huán)后富鎳材料二次顆粒間Ni3+的不均勻分布得到了有效抑制，從而顯著提升了材料二次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

這一發(fā)現(xiàn)為富鎳三元材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了新思路和理論指導(dǎo)，有助于高能量密度鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展。

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富鋰錳基電池會(huì)是未來(lái)鋰電池的發(fā)展主流嗎？

目前，電動(dòng)汽車(chē)面臨續(xù)航里程短和安全性不足等問(wèn)題。因此，研發(fā)出新一代高能量密度的動(dòng)力電池，是動(dòng)力電池未來(lái)技術(shù)發(fā)展的必然要求和趨勢(shì)。在這種情況下，富鋰錳基材料電池就應(yīng)運(yùn)而生。然而，富鋰錳基電池會(huì)是未來(lái)鋰電池的發(fā)展主流嗎？

對(duì)于現(xiàn)階段的鋰電池來(lái)說(shuō)，富鋰錳基材料電池存在著諸多優(yōu)點(diǎn)，更何況我們當(dāng)初設(shè)計(jì)電池的第一準(zhǔn)則是容量匹配，也就是正負(fù)極的容量要匹配。而目前鋰離子電池的正極比容量很低，在電池中的質(zhì)量非常大。而在已知正極材料中，富鋰錳基正極材料放電比容量達(dá)250毫安時(shí)/克以上，幾乎是目前已商業(yè)化正極材料實(shí)際容量的兩倍左右。同時(shí)，這種材料以較便宜的錳元素為主，貴重金屬含量少，與常用的鈷酸鋰和鎳鈷錳三元系正極材料相比，不僅成本低，而且安全性好。因此，富鋰錳基正極材料被視為下一代鋰動(dòng)力電池的理想之選。

雖然它是目前已知最能改變動(dòng)力電池現(xiàn)狀的電池材料。但是，現(xiàn)階段想要將富鋰錳基電池生產(chǎn)化還存在著諸多問(wèn)題，雖然富鋰錳基正極材料具有放電比容量的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但要將其實(shí)際應(yīng)用于鋰動(dòng)力電池，必須解決以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：一是降低首次不可逆容量損失；二是提高倍率性能和循環(huán)壽命；三是抑制循環(huán)過(guò)程的電壓衰減。目前解決這種材料問(wèn)題的手段很多：包覆、酸處理、摻雜、預(yù)循環(huán)、熱處理等方法，但是這些方法只能在某些方面提升材料的性能，還沒(méi)有萬(wàn)全之策。所以目前實(shí)現(xiàn)富鋰錳基動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用并不現(xiàn)實(shí)。

富鋰錳基電池在下一代電池技術(shù)當(dāng)中能量的密度是最高的，并且成熟性相較于其它的電池也有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。有望解決目前純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程過(guò)短等問(wèn)題。所以，可以說(shuō)富鋰錳基電池的前途無(wú)可限量，只要解決我們目前富鋰錳基電池所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，將來(lái)或許會(huì)成為鋰電池的主流。