中國粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池由于具有高工作電壓、高能量密度以及長壽命等特點，被廣泛應(yīng)用于智能手機、筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品與動力市場中。近年來，隨著動力鋰離子電池的不斷發(fā)展，消費者對動力電池的能量密度、循環(huán)性能和安全性能提出了更高的要求，如何提高鋰離子電池的能量密度成為當(dāng)前關(guān)注的焦點。

正極材料是限制高能量密度電池的關(guān)鍵因素之一，在保證鋰離子電池的可逆容量方面起著重要作用。因此，對正極材料的研究主要集中在提升其充放電容量以及循環(huán)穩(wěn)定性。

理想的正極材料應(yīng)具備以下優(yōu)勢:

(1) 比容量和工作電壓高

(2) 材料結(jié)構(gòu)可逆性好

(3) 穩(wěn)定性高:正極材料表面與電解液之間副反應(yīng)較小且熱穩(wěn)定性較好

(4) 材料易制備，低毒且成本較低

目前已開發(fā)的正極材料根據(jù)結(jié)構(gòu)主要可以分為層狀、橄欖石型和尖晶石型。

層狀正極材料因其相對較高的可逆容量和較高的充電電壓而受到電池研究人員的關(guān)注。層狀正極材料具有更高的壓實密度和容量，鈷酸鋰在脫鋰量大于50%時發(fā)生析氧反應(yīng)，實際循環(huán)容量限制在140mAh/g左右。正極材料實際容量亟待提升。

層狀鈷酸鋰結(jié)構(gòu)示意圖

原子尺度LiCoO2正極的脫鋰結(jié)構(gòu)演化

鈷酸鋰是最早商業(yè)化的正極材料，然而其容量限制無法滿足要求。作為其替代品的高鎳正極材料應(yīng)運而生，其目標(biāo)容量大于200 mAh g^-1，充電電壓應(yīng)大于4.2 V (vs. Li/Li⁺)以滿足動力市場所需要的能量密度。然而，電池工作電壓的增加不可避免地伴隨著大量的電極和電解質(zhì)的分解衰退，這也帶來了不可逆的結(jié)構(gòu)變化、微裂紋的形成和電極-電解質(zhì)界面內(nèi)持續(xù)的副反應(yīng)。因此，對層狀正極材料在高電壓下電池循環(huán)過程中潛在機制的理解對于開發(fā)下一代鋰離子電池至關(guān)重要。

2023年8月，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會”。我們有幸邀請到中山大學(xué)材料學(xué)院的盧俠教授為我們帶來題為《高能量密度層狀正極材料》的報告。

層狀正極是開發(fā)高能量密度電池的關(guān)鍵材料之一，其在高脫鋰區(qū)間上，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及離子擴散過程都比較復(fù)雜，與能量傳遞相關(guān)的鋰的存儲與輸運，以及不相關(guān)的過渡金屬遷移形成互占位等過程的機理目前爭論頗大，因此對應(yīng)之策也就迥異。簡言之，“由外而內(nèi)”的改性策略往往需要“由內(nèi)而外”的科學(xué)認(rèn)識作為基礎(chǔ)，突破高能量密度的瓶頸就要闡明材料的工作機制。畢竟，正極材料是制約電池比容量的關(guān)鍵之一，而正極性能的提升直接改善電池的能量密度。

盧俠，中山大學(xué)材料學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，從事高能量密度電池的研究工作。主持國家自然科學(xué)基金面上、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金-區(qū)域聯(lián)合重點基金以及企業(yè)橫向等項目，并作為骨干參與科技部重點研發(fā)計劃。發(fā)表SCI論文，包括PNAS, Nature Commun., JACS等100余篇，被引用超過7000次，H-index為39，授權(quán)多項發(fā)明專利。2019年入選廣東省“珠江人才計劃”青年拔尖人才項目。

參考來源：

1.盧俠 鋰離子電池層狀正極脫鋰的結(jié)構(gòu)演化

2.李弘 設(shè)計高容量（>300 mAh/g）氧化物正極

3.常毅 鋰離子電池高容量層狀正極材料研究進展

4.能源學(xué)人 層狀正極衰減新機制！去質(zhì)子化作用的原理解析

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！