富鋰材料或成下一代高比能正極材料

鋰離子電池負(fù)極材料近年來發(fā)展很快，例如傳統(tǒng)的晶體硅負(fù)極和氧化亞硅負(fù)極，比容量可以突破1000mAh/g以上，相比之下，正極材料發(fā)展相對較為緩慢，目前較為成熟的NCA和NCM三元材料容量多為180mAh/g左右，雖然現(xiàn)在一些高鎳的NCM材料容量可達(dá)200mAh/g以上，但是循環(huán)性能往往不太穩(wěn)定，而且高鎳材料對生產(chǎn)工藝的要求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的LiCoO2材料，因此三元材料進(jìn)一步提升容量的空間并不是很大，但是有一類材料，它的容量可以輕松做到了200mAh/g以上，甚至可以做到300mAh/g，可以為鋰離子電池帶來巨大的能量密度的提升，這種材料就是富鋰材料。

富鋰材料容量高，并且還具有低成本的優(yōu)勢，可以說是非常理想的鋰離子電池正極材料，當(dāng)然任何事情都不可能是完美的，在首次使用的過程中為了發(fā)揮出富鋰材料的高容量，要采用高電壓活化，這一過程中除了形成我們需要的Li2MnO3物相外，也會生成Li2O，還會釋放活性氧，這不僅會破壞富鋰材料自身的結(jié)構(gòu)，還會導(dǎo)致電解液的氧化分解，造成較高的不可逆容量。此外富鋰材料在循環(huán)過程中還存在著層狀結(jié)構(gòu)向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的趨勢，這也導(dǎo)致富鋰材料的電壓平臺在循環(huán)過程中會持續(xù)的下降，容量不斷衰減，使得富鋰材料循環(huán)性能較差，反應(yīng)機(jī)理如下圖所示。

富鋰材料活化制度是影響其循環(huán)性能的一個(gè)重要因素，以色列科學(xué)家Prasant Kumar Nayak等研究顯示，活化電壓和循環(huán)電壓對于富鋰材料的循環(huán)性能都有十分顯著的影響，例如他們發(fā)現(xiàn)Li1.17Ni0.25Mn0.58O2在經(jīng)過4.8V活化，并在2.3-4.6V之間循環(huán)的電池，雖然容量高達(dá)242mAh/g，但是循環(huán)性能很差，并且循環(huán)100次后電壓平臺從3.62V衰降到了3.55V，而經(jīng)過4.6V活化，并在2.3V-4.3V之間循環(huán)的電池，雖然比容量較低僅為160mAh/g，但是循環(huán)性能優(yōu)異，并且循環(huán)100次未出現(xiàn)平臺電壓衰降，如下圖所示，而沒有經(jīng)過高電壓活化的材料，容量較低僅為100mAh/g左右，可見富鋰材料的活化制度和循環(huán)制度對于富鋰材料的循環(huán)具有巨大的影響。

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