鋰離子電池作為當下主流的移動電源，以NCM811 (Ni≥60%) 和NCA為主的高鎳三元正極材料，因具有高的放電比容量(＞200 mAh/g)及較高的放電平臺電壓(~3.8 V), 相對其它正極材料凸顯出較高的能量密度優勢。高鎳三元正極材料結合了Ni-Co-Mn的協同效應, 在比容量和成本等方面相對于LiCoO2有較大的優勢。然而，在大規模商業化應用之前，NCM811仍舊有Li/Ni陽離子混排、安全性較差、循環壽命較短、高溫和高電壓下穩定性較差等問題需要解決。本課題組巧妙地用稀磷酸和NCM811表面殘留的鋰化合物反應，在NCM811顆粒表面形成一層具有良好鋰離子導電的納米磷酸鋰保護膜，再復合石墨烯或碳納米管，獲得一層具有良好鋰離子和電子混合導電性能的多功能涂層，使NCM811材料的電化學性能、安全性能和儲存性能都得到了**的提高。

1、 磷酸鋰涂層包覆三元材料/石墨烯

通過濕化學法利用稀磷酸將NCM811表面的殘鋰（LiOH,Li2CO3）轉變成為均勻的Li3PO4涂層(LPO)，再使用高導電性的石墨烯(GN)將NCM811二次大顆粒連接在一起，構建電子導電和離子導電空間結構。

圖1 磷酸鋰涂層包覆NCM811/石墨烯的工作原理示意圖

圖2 對照組和改性樣品在25℃（a）和55℃（b）下的初始充電和放電曲線，對照組和改性樣品在25℃（c）和55℃（d）3.0-4.3V的電壓范圍內的循環性能，以及GN-LPO-NCM811/石墨的全電池在2.8-4.2V電壓范圍內的循環性能。

多功能涂層包覆的NCM811材料無論在低溫（25℃）還是高溫（55℃）條件下，容量保持率都遠遠高于未改性NCM811材料。GN-LPO-NCM811/石墨紐扣型全電池同樣具有的**循環穩定性。

2、磷酸鋰/CNTs復合涂層

利用Li3PO4和CNTs的協同效應在單個NCM811材料二次顆粒表面構造多功能復合涂層，并提出了由NCM811，Li3PO4，CNTs和電解質組成的四相陰極電解質界面，可以更加直觀理解復合涂層對高鎳三元材料改善作用機理。

圖3 磷酸鋰/CNTs復合涂層的工作機理的示意圖和四相界面的相應反應機理

圖4 對照組NCM811（a），LPO-NCM811（b）和CNT-LPO-NCM811（c）的前三圈的循環伏安曲線。室溫下，對照組NCM811（e），LPO-NCM811（f）和CNT-LPO-NCM811（g）在3.0-4.3V電壓下不同速率的充放電曲線，差示掃描量熱法曲線（h），不同條件下的500圈循環的容量保持率(i-m)。

NCM811正極材料的電化學性能改善的原因總結為以下幾點。NCM811材料表面的非活性鋰殘留物（Li2CO3/LiOH）通過與磷酸發生化學反應而減少。其次，均勻且薄的多功能涂層保護NCM811材料免受HF的腐蝕。第三，具有高離子電導率的Li3PO4涂層有利于界面處的Li+遷移。第四，具有**導電性的CNTs(或石墨烯)有助于提高NCM811材料表面涂層的電子電導率并降低電荷轉移電阻。最后，CNT（或石墨烯）和Li3PO4的組合具有一些協同效應。CNTs由Li3PO4固定在NCM811材料顆粒表面，不易脫落，CNTs的**柔韌性可以減少Li3PO4涂層的應力開裂，并在長循環和高速率下保持多功能涂層的完整性。

綜上所述，高鎳三元材料的循環性和導電性變差的主要原因是層狀結構穩定性較差、電解液發生分解和電解液與材料表面的副發生反應，而在三元材料表面包覆一層很薄的物質可以**的避免正極材料和電解液的直接接觸，可以提高材料的熱穩定性、結構穩定性、倍率性能和循環性能等。使用不同的材料構造多功能復合涂層，構建電子導電和離子導電空間結構，這種新穎的策略可以用于開發高性能的高鎳三元正極材料的產業化技術，促進高鎳三元正極材料的快速產業化和應用范圍。

西安齊岳生物可以提供碳負極材料、合金類負極材料、錫基負極材料、含鋰過渡金屬氮化物負極材料、Fe2O3、Co3O4、TiO2以及金屬硫化物等復合電極材料及鈦基氧化物及其復合材料,包括Co摻雜的Li4Ti5O12納米纖維,Pd/CeO2-TiO2納米纖維膜和N-TiO2/g-C3N4復合材料等一系列鋰離子電池負極材料，支持定制。

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以上內容來自齊岳小編zzj 2021.4.27