富镍三元正极材料的研究进展

摘要

富镍三元正极材料（LiNi_x Co_y Mn_z O₂,x≥0.8）具有高能量密度、长循环寿命、低成本及绿色环保等优势，被认为是目前最具发展潜力的锂离子电池正极材料之一，特别在电动汽车和可再生能源储存系统中有着广阔的应用前景.然而，随着镍含量不断提高，富镍三元正极材料在结构及界面稳定性、循环和安全性能等方面面临诸多挑战，严重制约了其大规模产业化应用.鉴于此，本文首先综述了富镍三元正极材料目前面临的各种挑战，包括锂镍混排与不可逆相变、表面残碱与界面副反应、应力应变与微裂纹及过渡金属溶解等问题，并对其形成的原因、存在的危害以及演变的过程进行了详细的阐述.随后针对上述存在的各种问题，系统总结了富镍三元正极材料主要的改性策略，包括离子掺杂、表界面修饰、单晶化结构设计、浓度梯度和核壳结构设计等，旨在提高材料的整体性能.最后，针对富镍三元正极材料的未来发展方向进行了展望.本文为富镍三元正极材料的研究提供全面总结和分析，为高比能长循环高安全富镍三元正极材料的设计开发和实践应用提供参考.

关键词

锂离子电池 / 富镍三元正极材料 / 失效机制 / 离子掺杂 / 界面修饰 / 结构设计

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52227806）; 长沙市重大科技攻关项目（kh2301024）; 中南大学前沿交叉项目（2023QYJC027）