高镍单晶层状正极是未来的高能量密度锂电的选择吗？

国际科技财经博客移民网络热点娱乐民生时事公众号

Redian新闻

>公众号

公众号新闻

2023-11-21 03:11

海归学者发起的公益学术平台

分享信息，整合资源

交流学术，偶尔风月

作为新能源汽车的动力核心，锂电池的发展面临着“高能量密度和高安全性难以兼顾”这一重大技术瓶颈。例如，当前高能量密度锂电池中常用的正极材料是高镍三元正极（NMC），但是高镍NMC正极存在严重的安全性问题，它具有极强的界面活性，会与电解液发生剧烈反应导致电池性能衰减并伴有大量的气体产生，并在极端情况下发生热失控，诱发安全事故，这是NMC基高能量密度锂电池应用面临的最严峻的挑战。

由于特殊的结构和形貌，单晶NMC正极在循环稳定性、产气和热稳定性等关键方面的性能普遍优于多晶NMC正极，因此高镍单晶NMC正极被认为是解决商业化多晶NMC正极瓶颈问题的有效途径。但事实上，根据之前发表的论文，上述结论仍存在争议，因为在不同Ni含量下，两种NMC正极的电化学性能存在不确定关系。

最近，《国家科学评论》（National Science Review，NSR）在线发表了深圳大学化学与环境工程学院胡江涛副教授和孙学良院士等的综述文章“Challenges and approaches of single crystal Ni-rich layered cathodes in lithium batteries”。

图1. 单晶和多晶NMC正极材料的电化学性能对比。

文章总结得出，在Ni含量较低(≤60%)的情况下，单晶NMC的性能优于多晶NMC。然而，当镍含量大于60%时，富镍单晶NMC正极比多晶NMC正极的容量衰减更快。统计发现，在选择合适的改性策略后，高镍单晶的电化学性能可以达到二次颗粒的水平，甚至性能更好。（图1）基于上述电化学性能的对比，该论文系统综述了高镍层状单晶的业界发展现状和面临的技术挑战，涉及合成方法、衰减机制、优化策略（图2）等，并提出了从材料基础改性到电池结构设计的全方位优化方案。