详解高能锂离子电池“双重修饰”正极材料合成

富镍三元正极材料，因可逆容量高、成本低等优点，被认为是最理想的下一代高能量密度锂离子动力锂电池正极材料之一。不过，界面稳定性差、二次颗粒内部结构衰退等问题，严重阻碍了该类正极材料的规模化应用。

近日，长沙理工大学副教授李灵均，与厦门大学张桥保、美国阿贡国家实验室陆俊、内布拉斯加大学林肯分校、布鲁克海文国家实验室等海内外教授及团队合作完成了一项工作，通过第一性原理计算为指导，同步合成了钛掺杂、镧镍锂氧化物包覆的双重修饰富镍三元正极材料。这种简单高效的合成方法，将有望大大降低高性能富镍三元材料的生产门槛。成果日前发表在国际期刊《先进功能材料》上。

团队从分析钛和镧在富镍三元材料表面的迁移势垒出发，发现钛掺入体相而镧逃离至表面的状态，为体系能量最低的状态即稳定状态。根据理论计算结果，他们合理设计并同步合成了双重修饰的富镍三元材料。材料展现出了良好的热稳定性、结构稳定性及优异的电化学性能。在60摄氏度高温循环150次后，双重修饰材料的容量保持率，比纯相富镍材料提高了近两倍。在采用全场透射X射线显微成像对循环前/后的正极材料进行可视化研究后，团队证明双重修饰可抑制正极材料二次颗粒内微裂纹的出现与循环过程中微裂纹扩展，循环后富镍材料二次颗粒间Ni3+的不均匀分布得到了有效抑制，从而显著提升了材料二次颗粒的结构稳定性。

这一发现为富镍三元材料的开发和应用供应了新思路和理论指导，有助于高能量密度锂离子动力锂电池的发展。低温关于锂离子电池容量的影响属于世界性难题，这是由锂电的技术特性所决定的。

锂离子电池的原理展开来说能写一本书。我们大致可以将其简单理解为通过带电离子在正负极材料之间的移动而出现电流的变化。充电环节与放电环节，二者的运动方向是相反的。

这期间，温度关于正负极材料的活性是有影响的。低温环境下，正负极材料的活性下降，从而导致可以移动出现电流的带电离子数量下降。这是导致电池容量下降的主因。

除此之外，电池本身、电解液等也会受低温影响，导致带电粒子的运动能力变差，穿越电极和电解液隔膜都变得更加困难。通俗的说，就是电池的内阻会在低温环境下显著变大，进一步影响了电池的性能。

低温影响的不仅仅是容量，而且还会对充放电的效率出现影响。低温状态下，绝大多数纯电动汽车充电效率低、充电电流小、充电时间长，也正是因为如此。

更要命的是，极寒温度还会导致电池性能的退化，也就是对电池性能造成永久性的损伤。这意味着长时间在极寒温度下使用纯电动汽车，假如没有好的三电系统，电池寿命将大打折扣。

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