锂电正极材料的发展现状探讨

摘要：我国经济正处于转型的重要时期，需要改变过去大量消耗化石能源的模式，寻求新能源技术，可以预见未来电池储能技术将会成为未来重要能源。作为限制电池容量的正极材料，更是突破电池储能技术的重点研究项目。本文从商用材料、三元材料、富锂锰基三个角度，对锂电正极材料的发展现状进行详细分析。旨在为电池开发企业提供技术帮助，为我国未来步入绿色经济做好基础工作。

关键词：锂电池；正极材料；发展现状 引言

虽然使用化石能源可以迅速提高工业生产能力，但是过去依赖化石能源容易影响自然环境，不利于我国经济的长期发展。尤其是各国的化石能源储备逐渐减少，需要尽早规划绿色能源，做好经济转型相关工作。我国在电池储能技术方面拥有多年研究，可以将电池储能作为未来能源应用方向，进行更细致的储能技术研究。

1 常规商用材料 1.1

作为现在商用最为广泛的 ，因为其具有层状结构，所以具有较强的使

八面体。

用稳定性。其中，Co原子可以和O原子以共价键进行结合，构成而Li离子可以和数个八面体，转让

八面体中的O原子以离子键进行结合，形成结合成

可以不受到过多限制，顺利穿过由Co-O层构成的传输通道，做

。

拥有

嵌入或者脱出行动。反应化学方程式为：

274mAh/g的理论比容量，可以在4.2V电压下持续工作。可是，普通钴酸锂仅能做到约50%Li离子顺利脱出，如果脱出数量大于50%，极容易降低材料稳定性，导致在实际应用中，持稳定循环。如果向

[1]

能量密度仅能达到140mAh/g，无法在高电压状态下保 添加微量Ti-Mg-A1，可以让

材料在4.6V电压

下保持稳定循环状态。可是，在商业生产中，钴酸锂材料会在超过4.2V电压下出现电量衰减现象，未来还需要对这方面问题做进一步研究。

1.2

为面心立方结构，在材料内部具有三维锂离子扩散通道，可以在 充放电期间，让锂离子从原位置快速脱嵌。受到不同电压影响，化学反应方程式也会出现不同变化。例如在4.05V电压条件下，化学反应为

，性质为单相可逆反应；如果在4.15V电压条件下，化

学反应则为为148mAh/g，在

，其性质为双相可逆反应。

理论比容量

脱嵌期间，尖晶石结构框架可以保留，从而有效弥补钴酸锂

自身也存在电池容量衰减缺陷，这是因

不具有良好稳定性的问题。可是，为

正极材料会受到电解液腐蚀，形成姜-泰勒效应，促进电解液发生氧化

分解，致使在应用期间会出现电池容量逐渐衰减，同时极限比容量明显偏低的问题，对锂电池能量密度产生较大的负面影响。可以利用掺杂其他元素对行改性，或者通过表面包覆对其改性，即可改善应用缺陷问题。向杂例如Ca、Li等低价元素，控制材料中

相对含量，降低

[2]

进 中掺

歧化溶解影

响，也对姜-泰勒效应产生抑制效果。而将金属氧化物、聚合物等包覆在上，也可以降低

2 三元材料

和电解液接触频率。

三元材料即为镍钴锰酸锂，是以钴酸锂掺杂其他材料为基础，衍生的一种材料。通过调整镍、钴、锰等材料应用比例，制备的三元材料比钴酸锂具有更强的使用安全性。例如可以在市面上采购的高镍三元材料，其化学公式为

其中，x≥0.6，M指代Mn或者A1。这种材料拥有六方层状结构，最佳比容量为280mAh/g。可是，受到Li离子脱出影响，这种材料具有结构塌陷的特性，导致失电子在0.5~0.7之间波动，所以在实际应用中的比实际容量仅有

180mAh/g~220mAh/g。如果三元材料长时间保存在空气中，容易在其表面形成不具有不稳定性的氧化结构，而且材料结构缺陷问题会进一步扩大，也会出现镍锂混排现象，导致材料内部组织提升，而电化学活性出现下降，在晶间会产生裂纹，构成绝缘膜，进而让三元材料的阻抗提升，材料性能降低。现在科研领域研究

[3]

，

三元材料改性，是以包覆法降低电极表面与电解液的反应，向三元材料中掺杂其他元素，让三元材料的晶体结构获得更大的振实密度，以此实现改性目的。未来三元材料研究方向将会是以电解液适配能力、压实密度、电池循环使用寿命等几个方面为主。虽然现在各国对于三元材料的研究尚处于起步阶段，但是仅考虑成本研究与供给能量密度两方面，是要远超过常规商用材料。

3 富锂锰基

富锂锰基材料诞生于

研究中，将富锂锰基作为锂电池的正极材料

应用后，如果锂电池充电电压超过4.45V，富锂锰基具有220mAh/g充电容量，相较于常规商用正极材料，在比容量方面出现巨大的技术突破。可是，应用富锂锰基也具有其他缺点，例如在电力循环期间会出现电位下降，因为材料具有不可逆容量，导致电力损失较大，在诸多问题影响下，富锂锰基难以实现大规模的商用化。想要解决这种材料问题，需要对晶格失氧引起富锂锰基结构相变问题做有效改进，以此实现遏制锂电池电压与容量逐渐衰变的区域。所以，对富锂锰基的改性研究集中在表面材料高效包裹、多种离子合理掺杂进材料中、对晶体结构做影响调整等。各国研究团队也在这些方面作出相应研究，例如具有尖晶石结构的

，可以利用电化学对其进行活化处理，让

原位可以顺利变化成层

状、尖晶石的共生异质结构。这种结构的材料可以使有效抑制姜-泰勒效应，拥有254mAh/g的比容量，锂电池的循环能力也上升至千次。可以大胆推测，如果在未来的研究中可以成功克服富锂锰基材料自身具有的缺陷问题，让富锰锂基材料进入大规模商用化模式，其表现出的比容量特性，会被大量应用在正极材料开发领域中，将会成为锂电池技术突破的重要工具。

4 结论：

受限于篇幅限制，本文仅是简述锂电正极材料的发展情况，在实际应用时仍需要以企业当前研究方向为准，结合其他文献资料，提炼本文部分内容，应用到正极材料研究当中。希望本文内容可以得到适当推广，助力我国锂电池开发领域健康发展，早日实现大规模应用绿色能源目标，为我国经济健康转型贡献力量。

参考文献

[4]

[1]胡贻僧.三元锂电正极材料研究进展[J].山东化工,2021,50(05):128. [2]姚倩芳.三元锂电正极材料组分及结构设计研究进展[J].山东化工,2020,49(11):79-80.

[3]吴建华,苏柏涛,简健明,等.高镍三元锂电正极材料表面改性的研究[J].电池工业,2019,23(03):142-146.

[4]熊以俊,许用华,张骏南,等.废锂电三元正极材料和铝镍钴废磁钢混合物酸浸技术研究[J].有色金属(冶炼部分),2020(06):19-23.