中国粉体网讯 “双碳”背景下，我国新能源领域发展进入新阶段，电池是新能源领域关键产品，正极材料是影响二次离子电池寿命、充放电速度和续航能力等关键性能的核心材料，当前正极材料性能提升成为我国新能源行业发展的瓶颈。
镍基层状正极材料具有高能量密度、环境友好等优势，是最具发展前景的锂/钠离子电池用正极材料。但镍基层状正极材料结构和表/界面稳定性较差、容量衰减严重等问题限制了其进一步推广和应用。
镍基层状正极材料包括镍基三元正极材料LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1)和镍基正极材料P2-NaxTMO2(x≤0.67)。
镍基三元正极将三类一元材料的优势集合在一起，实现高比容量、高能量密度和高电压平台等优势，这也使得它从众多正极材料中脱颖而出。Ni、Co和Mn的协同作用，很大程度改善了材料的电化学性能，同时，通过调整元素配比，可以得到不同性能的材料。
三元镍基正极材料可以提高容量降低生产成本，电化学活性的提高主要归结于 Ni元素，但是当Ni含量增加时，结构的稳定性将会经受很大的考验。原因主要归结在以下几个方面：
（1）主体结构演变
镍基正极材料中，Ni2+与 Li+半径相似，充/放电过程中固有的 Ni/Li阳离子无序，形成无序层状结构。相变后的结构电化学活性差，明显增加了电池电阻，也影响电极材料的可逆容量。
（2）表面副反应
提高正极Ni含量，高价Ni离子的数量增加，即 Ni3+和 Ni4+，后者由于低能LUMO 而容易减少，容易与电解质发生反应。Ni4+-O键的共价性增强，O2的释放更容易，可能导致正极的降解。
（3）裂纹的产生
充/放电过程中，Li离子从晶格中反复脱/嵌，会引起c轴的膨胀以及 a、b方向晶格的收缩，结构体积的不断变化会在材料内部产生局部应力，并逐步形成裂纹。而电解液能沿着裂纹逐步渗入到颗粒内部，并在一次颗粒表面生成NiO相，极大的增加了电化学性能恶化的速度。最明显的影响则是材料可逆容量的损失，以及裂纹引发新表面生成，这些面一旦暴露在电解液中便促进了腐蚀和相变的进程，电解液进入颗粒内部后也会促进体相腐蚀。
针对上述镍基层状正极材料出现的容量以及结构不稳定的问题，目前主要采取体相掺杂、纳米涂层、核壳结构和浓度梯度结构等策略。
在正极材料上进行的改性研究
2023年8月，中国粉体网将在山城重庆举办“2023先进正极材料技术与产业高峰论坛暨第一届钠离子电池材料技术研讨会”。我们有幸邀请到长沙理工大学材料学院的李灵均副院长为我们带来题为《镍基层状正极材料的制备与短流程改性研究》的报告。
本报告介绍了课题组在镍基层状正极材料制备、性能影响要素和短流程改性策略等方面的研究进展，探讨了前驱体形貌、元素配比等对镍基层状正极材料结构和电化学性能的影响规律，提出了一步固相法制备体相掺杂和表面包覆双重修饰的正极材料，揭示了不同改性元素在高温热处理过程的固相扩散规律及改性机制，为实现该类材料在锂/钠离子电池中的大规模应用提供了新的理论和方法。
李灵均，长沙理工大学材料学院教授、副院长。主持国家自然科学基金2项、湖南省杰出青年基金及企业科技攻关项目10余项，先后入选湖南省湖湘青年英才、长沙市杰出创新青年和湖南省高校青年骨干教师培养对象，以第一完成人获湖南省自然科学二等奖1项。
主要从事二次电池及关键材料方面的研究。以第一作者或通讯作者在Adv. Funct. Mater., J. Energy Chem., Nano Res., J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces等重要学术期刊上发表论文30余篇，被引用3000余次，其中ESI热点论文3篇，参编学术著作1部，获授权国家发明专利12项。研究工作荣获2019年中国百篇最具影响国际学术论文，并获科技日报等主流媒体报道。兼任中国有色金属学会新能源材料发展工作委员会委员和Rare Metals青年编委。
参考来源：
1.万惠 锂/钠离子电池镍基层状正极材料结构演变及掺杂改性
2.常毅 锂离子电池高容量层状正极材料研究进展
（中国粉体网编辑整理/乔木）
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