中國粉體網訊  高鎳NCM正極材料具有高容量、低成本和原料來源豐富等優點，是一種極有應用前景的鋰離子電池材料。

高鎳三元正極材料的容量主要來自Ni²⁺/Ni⁴⁺氧化還原，所以鎳含量越高，材料的容量也越大。但是Ni含量升高后，高鎳三元正極材料會帶來一系列棘手的技術問題。

1.形成非化學計量比材料

高鎳三元正極材料的主要原料是氫氧化物前驅體，Ni以Ni²⁺的形式存在。

燒結過程中，通過高溫及氧化氣氛將Ni²⁺氧化為Ni³⁺，然而Ni²⁺轉變成Ni³⁺的能壘較高，即使是純氧條件下也難以完全氧化。剩余的Ni²⁺仍將占據3b位，使得陽離子電荷降低，為了保持電荷平衡，部分Ni²⁺會占據3a位(替代部分Li⁺)，形成非計量比材料。

為了促進Ni²⁺的氧化而升高溫度，但是鋰的揮發量隨溫度的升高呈指數上升，導致形成非計量比材料。

高鎳三元正極材料在高溫下結構不穩定，循環過程中生成不再有鋰離子脫嵌活性的立方巖鹽相。

2.總堿量高導致對濕度敏感

鎳含量越高，總堿量越高。總堿量高對其工業生產、儲存、運輸以及電池的制備都提出了更高的要求。當材料接觸空氣時，粉末材料的結構、形貌和成分發生變化，電化學性能逐漸下降，特別是暴露在潮濕的空氣中，這種現象尤為明顯。

不同組分前驅體的適宜氨水濃度和pH值

總堿量高意味著顆粒表面鋰殘渣較多，非常容易吸收空氣中的二氧化碳和水，發生如下反應：

在顆粒表面形成Li₂CO₃和LiOH層，會有以下影響：

• 消耗了材料中的Li，又不具備電化學活性，因此會造成容量衰減。

• 顆粒表面致密的Li₂CO₃層阻礙Li的擴散，影響電池性能。

• LiOH會與PVDF反應，對電池工藝和性能產生不利影響。

• Li₂CO₃在充電狀態的高電位下容易分解產生CO₂氣體，造成電池鼓包漏液問題。

• LiOH也會與LiPF₆反應，消耗電解液中的Li離子，產生HF氣體，它可以使電池內部的金屬零件腐蝕，進而使電池最終漏液。而且HF會破壞SEI膜。

濕度對對極片制造工藝過程產生嚴重的影響：高鎳三元正極漿料在制備和涂布過程，環境濕度對其影響巨大，如果在工藝過程中吸水反應，特別容易造成漿料性質發生變化，導致極片制造過程出現品質不穩定，工藝一致性差等問題，形成凝膠漿料時，甚至涂布過程無法進行。

3.熱穩定和安全性能差

在商業化電解液中，當LiCoO₂，LiNiO₂和LiMn₂O₄三種材料充電至4.2V時，

熱分解溫度依次是LiMn₂O₄＞LiCoO₂＞LiNiO₂

放熱量依次是LiMn₂O₄＜LiCoO₂＜LiNiO₂

材料在充電后鎳轉變為強氧化性的高價鎳，高價鎳會與電解質反應放出熱量和氣體，并且它本身也很不穩定，受熱會分解并析出O₂。當熱量和CO₂、O₂氣體在密閉的電池內部聚集到達到一定壓強時，就會造成爆炸。

小結：高鎳三元材料的原料成本有所下降，因為鎳比鈷價格低。但是高鎳三元材料的這些技術痛點導致其生產條件極為苛刻，原料成本下降，生產成本又升高，所以未來高鎳三元材料的成本也不會大幅降低。但是由于國家及市場對電池比容的要求，高鎳三元材料勢在必行。

參考文獻：岳鵬,張學全,陳彥彬. 鋰離子電池用層狀高鎳正極材料的研究進展[J]. 廣東化工,2016,43(15):117-118.