富鎳鋰離子電池三元材料NCM的研究進(jìn)展

肖忠良，周乘風(fēng)，宋劉斌，曹忠，蔣鵬

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與食品工程學(xué)院，電力與交通材料保護(hù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410114）

鋰離子電池（LIB）被視為是新能源電池，在便攜式電子產(chǎn)品、新能源汽車等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。低成本、高能量密度、良好循環(huán)性能和產(chǎn)品安全性是鋰電池研究的主要方向，LIB正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔離物、電槽和外裝是研究對(duì)象。目前，鋰離子電池的研究重點(diǎn)仍放在正極材料上。相對(duì)于LiCoO2過高Co含量導(dǎo)致成本過高，LiFePO4堆積密度過低，LiMn2O4循環(huán)性能較差，三元材料Ni、Co、Mn 三類元素的可調(diào)控使其應(yīng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[4-5]。表1 所示為不同NCM 電池對(duì)比[6-9]，由于材料配比不同出現(xiàn)不同性能表現(xiàn)。

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(dǎo)致循環(huán)性能和速率性能的惡化[11]，嚴(yán)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(guān)于改善電池性能的研究進(jìn)展，探討鋰離子電池在電化學(xué)性能、熱化學(xué)性能與粒子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

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(shí)重視電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。NCM424在綜合兩種考量時(shí)喪失突出點(diǎn)，上限不高，限制了其發(fā)展，材料研究熱度日漸降低，但其研究仍可提供理論借鑒價(jià)值，具備一定研究潛力。……