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锂离子电池无钴高镍正极的研究进展

科学通报 2024年第23期69卷 3354-3366页

作者：彭展鹏刘兆国郭少华南京大学深圳研究院深圳518057 南京大学现代工程与应用科学学院南京210023

近年来,电动汽车等行业的迅速发展大大提高了锂离子电池的需求量,钴作为目前商业化锂离子电池中不可或缺的组成成分,其需求也大幅提升.但是,钴资源有限、供应渠道单一的现况使得其价格飞速增长,电池的成本显著提高.此外,目前商用电池体... 详细信息

近年来,电动汽车等行业的迅速发展大大提高了锂离子电池的需求量,钴作为目前商业化锂离子电池中不可或缺的组成成分,其需求也大幅提升.但是,钴资源有限、供应渠道单一的现况使得其价格飞速增长,电池的成本显著提高.此外,目前商用电池体系越来越无法满足交通运输、便携移动等领域的快速发展对电池单位能量密度成本提出的更高要求.因此,高容量、低成本的无钴高镍正极材料体系受到研究者的广泛关注,本文将从镍酸锂(LiNiO_(2))正极材料的性质出发,阐明钴元素在高镍正极材料中的作用,系统总结近期无钴高镍正极材料相关研究的主要策略与进展,最后整理归纳无钴高镍正极当前的挑战并展望了未来发展方向.

关键词：锂离子电池无钴高镍层状氧化物正极

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单晶高镍三元正极材料:挑战与策略

物理化学学报 2024年第9期40卷 35-55页

作者：黄辰悦郑鸿飞秦宁王灿沛王利光陆俊浙江大学化学工程与生物工程学院杭州310027

进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性对电动汽车的普及至关重要。三元层状正极材料因其高比容量、低温性能良好、成本较低等优势,近年来在动力电池领域备受关注。高镍化和高电压化被认为是提高三元材料能量密度的有效途... 详细信息

进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性对电动汽车的普及至关重要。三元层状正极材料因其高比容量、低温性能良好、成本较低等优势,近年来在动力电池领域备受关注。高镍化和高电压化被认为是提高三元材料能量密度的有效途径。然而,基于传统多晶三元正极的高镍化和高压化可能会显著降低材料的循环稳定性和热安全性,设计单晶三元正极材料被认为可以有效缓解高压多晶三元正极稳定性问题的可行途径。但是,单晶三元正极仍然面临着离子传输动力学受阻、非均匀荷电状态、晶格参数各向异性变化、阳离子混排、化学机械降解等挑战。因此,本文从三元正极材料的本质结构演化角度系统地分析和总结了多晶与单晶结构失效的共性问题。此外,还归纳了单晶高镍三元材料的合成工艺调控、元素掺杂、表界面改性等策略,梳理了结构设计与电化学性能之间的构效关系,并对单晶高镍三元正极材料的未来发展方向进行了展望,能够为高比能三元正极材料的开发提供理论指导。

关键词：锂离子电池层状正极材料高镍单晶结构失效机制结构演化改性策略

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W^(6+)掺杂调控微结构增强LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)高镍正极材料的循环稳定性

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硅酸盐学报 2023年第7期51卷 1746-1755页

作者：李阿飞胡成志王璨曹世丞唐伟建刘治保陈凯王长平陈章贤合肥工业大学化学与化工学院合肥230009 中盐安徽红四方新能源科技有限公司合肥230009

电动汽车等应用领域对锂离子电池能量密度的需求日益增长,LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)因其高比容量和价格适中等优势受到了广泛的关注,有潜力成为下一代锂离子电池正极材料。然而,锂镍混排、H2-H3相变引起的微裂纹和表面副反应等问题导致Li... 详细信息

电动汽车等应用领域对锂离子电池能量密度的需求日益增长,LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)因其高比容量和价格适中等优势受到了广泛的关注,有潜力成为下一代锂离子电池正极材料。然而,锂镍混排、H2-H3相变引起的微裂纹和表面副反应等问题导致LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)的充放电循环稳定性较差。通过掺杂W^(6+)对LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)的微结构进行了有效调控,并调节一次晶粒的表面能使其由无序堆积的不规则形状转变为径向有序排列的细长条状。该微结构特征可以抑制LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)的应力累积和微裂纹的形成,同时为Li+提供了丰富的扩散通道,有效提高了LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)正极材料的循环稳定性和倍率性能。当W^(6+)掺杂量为1%(摩尔分数)时,LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)改性样品在0.1 C倍率下的放电比容量高达231.2 mA·h/g,在0.5 C倍率下放电比容量为213.3 mA·h/g,循环150次后容量保持率达93%。该微结构调控策略为提高LiNi_(0.9)Co_(0.1)O_(2)高镍正极材料的循环稳定性提供了一种思路。

关键词：锂离子电池正极材料微结构掺杂高镍

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高电压高镍三元锂离子电池电解液设计

Science China Materials 2023年第8期66卷 3046-3053页

作者：胡莙程方圆方淳韩建涛 State Key Laboratory of Material Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)因具有高容量和相对低的成本,是高能量密度锂离子电池中最有前途的正极材料之一.然而,在高截止电压下,它仍然存在不可逆的容量衰减问题.主要原因是高电压加速了六氟磷酸锂与微量水的水解反应,... 详细信息

LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)因具有高容量和相对低的成本,是高能量密度锂离子电池中最有前途的正极材料之一.然而,在高截止电压下,它仍然存在不可逆的容量衰减问题.主要原因是高电压加速了六氟磷酸锂与微量水的水解反应,产生副产物,如高腐蚀性HF,导致不稳定的正极-电解液界面和持续的不可逆相变.在这里,我们通过添加钛酸四丁酯和二氟草酸硼酸锂双重添加剂来改善传统的电解液,以形成一个稳定的富含Ti、B和F的界面层,从而消除不利的正极-电解液副反应并抑制有害相变.此外,钛酸四丁酯可以通过去除H_(2)O/HF来稳定电解液.在双重添加剂的协同作用下,NCM811在高电压下的循环稳定性得到明显增强.采用双添加剂的Li||NCM811电池在1 C和4.5 V的高截止电压下循环200次后具有86%的高容量保持率.该方法为设计锂离子电池的高电压电解液提供了参考.

关键词：六氟磷酸锂锂离子电池二氟草酸硼酸锂高电压电解液正极材料容量衰减截止电压高镍

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电解液调控实现高电压高镍三元长循环稳定

科学通报 2023年第1期68卷 6-8页

作者：程方圆张晓宇魏鹏孙世雄徐月李箐方淳韩建涛黄云辉华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

为了满足500公里以上续航里程的苛刻要求,根据国家动力电池技术规划,对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求,2025年达到400 Wh/kg,2030年达到500 Wh/kg.正极材料的选择对提高电池的能量密度非常关键.LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(... 详细信息

为了满足500公里以上续航里程的苛刻要求,根据国家动力电池技术规划,对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求,2025年达到400 Wh/kg,2030年达到500 Wh/kg.正极材料的选择对提高电池的能量密度非常关键.LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)因具有高比容量和高工作电势而在高能量密度锂离子电池领域备受关注[1,2].对于NCM811来说,Ni元素通过Ni^(2+)/Ni^(3+)和Ni^(3+)/Ni^(4+)氧化还原对贡献了大部分电容,并且随着充电截止电压的升高,提供的比容量增加,从而更高的能量密度可被获得.

关键词：锂离子电池正极材料能量密度充电截止电压高镍高比容量高电压续航里程

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高镍三元镍钴铝酸锂正极材料研究进展

化工新型材料 2022年第10期50卷 57-62页

作者：李园园席儒恒蓝兹炜张建茹张彩虹青海师范大学物理与电子信息工程学院西宁810008

高镍三元镍钴铝LiNi_(x)Co_(y)Al_(1-x-y)O_(2)(NCA)三元正极材料由于具有循环寿命长、能量密度高、环境污染少等优点,被认为是最具潜力的锂离子动力电池正极材料之一。然而,当镍含量较高(Ni≥80%)时,三元NCA正极材料在充放电过程中的... 详细信息

高镍三元镍钴铝LiNi_(x)Co_(y)Al_(1-x-y)O_(2)(NCA)三元正极材料由于具有循环寿命长、能量密度高、环境污染少等优点,被认为是最具潜力的锂离子动力电池正极材料之一。然而,当镍含量较高(Ni≥80%)时,三元NCA正极材料在充放电过程中的阳离子混排和不可逆相变等问题会加剧,表现出结构不稳定和容量衰减。此外,电动汽车等行业对于三元锂离子电池的高容量也有更高的追求。鉴于此,综述了近年来高镍三元正极材料NCA的最新研究进展,并对未来趋势做了展望。

关键词：锂离子电池高镍三元镍钴铝高镍掺杂包覆

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高镍三元正极材料产业化过程中难点问题探讨

电源技术 2019年第8期43卷 1245-1249页

作者：胡国荣中南大学冶金与环境学院

1锂离子电池及正极材料的应用市场1.1锂离子电池市场锂离子电池的应用市场主要包括新能源汽车、储能领域及消费类电子产品等三大领域。从2017年下半年开始世界许多国家纷纷表态停止销售燃油车,各自公布了禁售燃油车时间表,其中包含了法... 详细信息

1锂离子电池及正极材料的应用市场1.1锂离子电池市场锂离子电池的应用市场主要包括新能源汽车、储能领域及消费类电子产品等三大领域。从2017年下半年开始世界许多国家纷纷表态停止销售燃油车,各自公布了禁售燃油车时间表,其中包含了法国,德国,英国等汽车文化历史悠久的国家。

关键词：正极材料产业化过程锂离子电池消费类电子产品三元高镍新能源汽车汽车文化

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高镍无钴正极材料研究进展

化工新型材料 2024年第8期52卷 73-76页

作者：吴华城张明铝吴佳霓李军广东工业大学轻工化工学院广州510006

高镍无钴正极材料具有低毒性、低成本、高比能的特点,是目前锂离子电池正极材料的研究热点之一。介绍了高镍无钴正极材料制备方法及其改性研究进展,指出通过优化制备工艺可以提高正极材料的结构稳定性;利用体相掺杂和表面包覆改性可以... 详细信息

高镍无钴正极材料具有低毒性、低成本、高比能的特点,是目前锂离子电池正极材料的研究热点之一。介绍了高镍无钴正极材料制备方法及其改性研究进展,指出通过优化制备工艺可以提高正极材料的结构稳定性;利用体相掺杂和表面包覆改性可以改善材料的电化学性能。未来应注重高镍无钴正极材料失效机理和复合改性机理的研究,解决其结构不稳定和倍率性能差等问题。

关键词：锂离子电池高镍无钴正极材料

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高镍无钴层状正极材料的研究进展

电源技术 2021年第12期45卷 1641-1645页

作者：席儒恒李园园张建茹蓝兹炜张彩虹青海师范大学物理与电子信息工程学院青海西宁810008

高镍无钴正极材料是当前锂离子电池正极材料研究热点之一。从镍酸锂体相掺杂、高镍三元(LiNi_(1-x-y)Co_(x)Al_(y)O_(2)或LiNi_(1-x-y)Mn_(x)Co_(y)O_(2))去Co、高镍三元核壳和单晶结构的基础上去Co多种技术路线出发,综述了高镍无钴正... 详细信息

高镍无钴正极材料是当前锂离子电池正极材料研究热点之一。从镍酸锂体相掺杂、高镍三元(LiNi_(1-x-y)Co_(x)Al_(y)O_(2)或LiNi_(1-x-y)Mn_(x)Co_(y)O_(2))去Co、高镍三元核壳和单晶结构的基础上去Co多种技术路线出发,综述了高镍无钴正极材料最新研究进展,简要介绍了高镍无钴材料面临的挑战,分析展望了未来高镍无钴正极材料的发展方向和有价值的研究方向。

关键词：锂离子电池正极材料高镍无钴