富鎳鋰離子電池三元材料NCM的研究進展

肖忠良，周乘風，宋劉斌，曹忠，蔣鵬

（長沙理工大學化學與食品工程學院，電力與交通材料保護湖南省重點實驗室，湖南長沙410114）

鋰離子電池（LIB）被視為是新能源電池，在便攜式電子產品、新能源汽車等領域有廣泛應用。低成本、高能量密度、良好循環性能和產品安全性是鋰電池研究的主要方向，LIB正極材料、負極材料、電解液、隔離物、電槽和外裝是研究對象。目前，鋰離子電池的研究重點仍放在正極材料上。相對于LiCoO2過高Co含量導致成本過高，LiFePO4堆積密度過低，LiMn2O4循環性能較差，三元材料Ni、Co、Mn 三類元素的可調控使其應用潛能極大提升[1-3]。在三元材料中，Ni 含量主要影響電池能量密度，Co含量主要影響電池可逆比容量，Mn含量主要影響結構穩定性[4-5]。表1 所示為不同NCM 電池對比[6-9]，由于材料配比不同出現不同性能表現。

富鎳三元層狀氧化物由于其高容量和高成本效率，已成為下一代鋰離子電池的主流正極材料之一[10]。富NiLixCoyMn1-x-yO2正極的高Ni 含量和低Co、Mn 含量不僅造成制備困難，而且導致循環性能和速率性能的惡化[11]，嚴重影響電池安全性能，這是研究者們研究的主要問題。本文綜述了目前在鋰離子電池三元材料NCM中主要的4種富鎳正極材料配比電池：LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2（NCM424） 、 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523） 、 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622） 和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）關于改善電池性能的研究進展，探討鋰離子電池在電化學性能、熱化學性能與粒子動力學計算模擬領域的發展趨勢。

1 富鎳系NCM424正極材料

NCM424 平衡Ni 與Mn 的含量，在提高容量的同時重視電極結構的穩定性。NCM424在綜合兩種考量時喪失突出點，上限不高，限制了其發展，材料研究熱度日漸降低，但其研究仍可提供理論借鑒價值，具備一定研究潛力。……