中國(guó)粉體網(wǎng)訊 富鋰錳基正極材料因其高比容量（約250mAh/g）、低成本及較好的環(huán)境友好性，被認(rèn)為是下一代商用高比能鋰電池的理想正極材料。隨著電動(dòng)汽車、便攜式電子產(chǎn)品、儲(chǔ)能裝置等領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池能量密度的要求不斷提高，富鋰錳基正極材料的應(yīng)用前景廣闊。然而，其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如循環(huán)穩(wěn)定性、電壓衰減等問題，需要通過制備工藝優(yōu)化和改性研究來進(jìn)一步解決。
制備方法
富鋰錳基材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能與其制備方法密切相關(guān)，常見制備方法包括固相法、共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法和溶劑熱法、噴霧干燥法等。
單純的固相法制備富鋰錳基材料是直接將原料固相混合后高溫煅燒。固相法最大的優(yōu)勢(shì)是工藝簡(jiǎn)單和生產(chǎn)效率高。然而，固相法很難使得材料在原子程度上混合均勻，目標(biāo)材料所含元素越多，越難制備出物相均一的材料。通常情況下，研究者采用固相法與共沉淀法、溶劑熱法、溶膠凝膠法、噴霧熱解法等方法相結(jié)合來 制備富鋰錳基材料。
共沉淀法是將鎳、鈷、錳等過渡金屬元素共同沉淀，所得前驅(qū)體與鋰化合物混合，煅燒后得到富鋰錳基正極材料。
溶膠凝膠法涉及的主要反應(yīng)為水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)，金屬鹽先被水解成為能夠發(fā)生聚合反應(yīng)的活性單體，這些單體再進(jìn)行聚合形成溶膠，然后將溶膠干燥得到凝膠，最后將凝膠進(jìn)行高溫煅燒制備得到富鋰錳基材料。
水熱法是利用高溫高壓環(huán)境來制備富鋰錳基材料的前驅(qū)體，水熱法和溶劑熱法最大的區(qū)別在于所用溶劑不同，在密閉容器中，以水作為溶劑制備粉體材料的方法被稱為水熱法。溶劑熱法是在水熱法基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是用有機(jī)物等非水溶媒做溶劑制備粉體材料的一種方法。
噴霧干燥技術(shù)是從料液中獲得超微干粉前驅(qū)體的一種方法，在制備富鋰錳基材料過程中，一般料液為能用泵輸送的溶液，該方法的原理是利用霧化器將料液霧化成很多個(gè)小液滴，使其落入一定流速的熱氣流中，然后使其迅速干燥，獲得粉狀前驅(qū)體。
改性方法
富鋰錳基正極材料在循環(huán)過程中存在結(jié)構(gòu)退化、電壓衰減等問題，限制了其應(yīng)用。為了應(yīng)對(duì)富鋰錳基材料本身存在的首次庫倫效率低、容量衰減嚴(yán)重、電壓衰減嚴(yán)重、倍率性能差等缺陷，研究者們提出了多種改性策略，如離子摻雜、表面包覆、單晶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面處理等。
離子摻雜：通過向材料中摻雜適量的其他元素（如鎂、鋁、鐵、鎳等），占據(jù)鋰位或錳位，減少鋰離子脫嵌過程中的體積膨脹和收縮，減緩循環(huán)過程中過渡金屬離子的遷移、混排，提升電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，并且正極材料晶格內(nèi)部能夠形成鍵能更強(qiáng)的M-O鍵，同時(shí)促進(jìn)Li遷移，提高正極材料內(nèi)部鋰離子的導(dǎo)電性，最終富鋰錳基正極材料首次庫倫效率得以提高。目前離子摻雜的主要形式有陽離子摻雜、陰離子摻雜、聚陰離子摻雜、共摻雜。
表面包覆：按照包覆改性機(jī)理的不同，可將包覆層物質(zhì)種類分為惰性、活性、電子電導(dǎo)、快離子導(dǎo)體包覆層，常用的包覆物質(zhì)有 Al2O3、Li3PO4、ZnO、MgO、CeO2、LaF3、YF3、C等。為了改善電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，一些電子導(dǎo)電包覆層和快離子導(dǎo)體包覆層脫穎而出，如導(dǎo)電聚合物聚吡咯、聚酰胺酸和快鋰離子導(dǎo)體 LiCoPO4 、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、Li4V2Mn(PO4)4 等。
單晶結(jié)構(gòu)材料具有較高的結(jié)晶度和良好的機(jī)械強(qiáng)度，這些特性使材料在循環(huán)過程中不容易破裂，從而保持材料的電化學(xué)性能。在電池循環(huán)過程中，單晶材料還具有產(chǎn)氣少、與電解質(zhì)副反應(yīng)弱等優(yōu)點(diǎn)。目前，單晶材料的主要制備方法有高溫合成法和熔鹽合成法。
表面處理：表面處理常與熱處理聯(lián)用，表面處理后的材料，材料表面多數(shù)情況下會(huì)形成一些特殊的結(jié)構(gòu)，如尖晶石結(jié)構(gòu)、氧空位等。這些特殊的結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)鋰離子遷移，抑制材料的氣體產(chǎn)出，抑制電解液腐蝕正極材料，進(jìn)而改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
2024年10月29-31日在上�？鐕�(guó)采購(gòu)會(huì)展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會(huì)與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦2024先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。屆時(shí)，來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)/深圳大學(xué)的王振波教授將作題為《鋰離子電池富鋰錳基正極材料的制備與改性研究》的報(bào)告。會(huì)上，王振波教授將介紹課題組近些年在富鋰錳基正極材料方面的研究進(jìn)展。
專家簡(jiǎn)介：
王振波，俄羅斯工程院外籍院士；哈爾濱工業(yè)大學(xué)二級(jí)長(zhǎng)聘教授，博士生導(dǎo)師；深圳大學(xué)特聘教授。入選國(guó)家級(jí)高層次人才（第四批）、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才；黑龍江省“龍江學(xué)者”特聘教授；山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才；江蘇省“雙創(chuàng)”人才；獲2022年侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)創(chuàng)新獎(jiǎng)；連續(xù)10年(2014-2023)入選Elsevier中國(guó)高被引科學(xué)家。深圳市高層次人才團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。擔(dān)任Batteries顧問編委、《電源技術(shù)》、《石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)》編委。1998年、2002年、2006年分別獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。1998年7月起歷任哈爾濱工業(yè)大學(xué)講師、副研究員、博士生導(dǎo)師、教授。研究方向?yàn)橄冗M(jìn)化學(xué)電源、氫燃料電池、電催化、納米電極材料；主持國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金1項(xiàng)，面上項(xiàng)目3項(xiàng)，青年基金1項(xiàng)；山東省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目1項(xiàng)，其他省部委項(xiàng)目10項(xiàng)，其他及企業(yè)課題40多項(xiàng)。在Nature Catalysis、Nature Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等上發(fā)表SCI論文300多篇，H因子66。近5年發(fā)表IF>10的論文69篇。入選ESI十年高被引論文20篇，ESI熱點(diǎn)論文5篇。獲國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利46項(xiàng)，轉(zhuǎn)化18項(xiàng)；獲國(guó)防科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，黑龍江省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，浙江省科技成果轉(zhuǎn)化二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
參考來源：童匯等《富鋰錳基正極材料研究進(jìn)展》
（中國(guó)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?jiǎng)h除！
