四元层状富镍NCMA正极用于锂离子电池

随着电动汽车和大型储能系统的迅速发展，对高能量密度可充电电池的需求急剧增长，并且趋势愈演愈烈。锂离子电池（LIBs）因其能量密度高、倍率性能好、长循环性能优异已成为电动汽车的主要动力，为了满足电动汽车长里程的需求，对锂离子电池正极材料进行了大量研究。富镍层状氧化物材料Li[Ni_1−x−yCo_xAl_y]O₂ (NCA)、 Li[Ni_1−x−yCo_xMn_y]O₂ (NCM)可逆容量高、循环寿命长、操作电压高，成为了现今最理想的正极材料。人们试图通过增大镍的比例以进一步提高NCA和NCM的容量，但镍过量(x = 0.6 for NCM 和 0.8 for NCA)会引起容量保持率和热稳定性的下降。掺杂金属离子可以克服镍含量过高引起的结构稳定性问题，其中以Al最为常用，Al-O键强较大可以提高热力学稳定性，但 Al不参与氧化还原反应，过量也会引起容量衰减，掺杂浓度应限制在5 mol %以下。

近来，汉阳大学的Un-Hyuck Kim等人将NCA和NCM结合，合成了四元材料Li[Ni_0.89Co_0.05Mn_0.05Al_0.01]O₂（NCMA89），以具有相似镍含量的NCM和NCA为基准进行对比测试。NCMA89的容量为228 mAh g⁻¹，长循环稳定性优于基准正极（1000次循环后容量保持率为85%）。通过单粒子压缩实验证实，在锂脱嵌过程中体积变化的减小和固有机械强度的提高抑制了微裂纹的形成和扩展。文章中提出的NCMA正极具备的循环稳定性，对于需要较长的电池寿命来说必不可少，而且热稳定性的提高，有助于改善电池的安全性能。

文章链接https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsenergylett.8b02499

（彭诗韵）