中國粉體網訊  鋰離子電池由于具有高工作電壓、高能量密度以及長壽命等特點，被廣泛應用于智能手機、筆記本電腦等數碼產品與動力市場中。近年來，隨著動力鋰離子電池的不斷發展，消費者對動力電池的能量密度、循環性能和安全性能提出了更高的要求，如何提高鋰離子電池的能量密度成為當前關注的焦點。

正極材料是限制高能量密度電池的關鍵因素之一，在保證鋰離子電池的可逆容量方面起著重要作用。因此，對正極材料的研究主要集中在提升其充放電容量以及循環穩定性。

理想的正極材料應具備以下優勢:

(1) 比容量和工作電壓高

(2) 材料結構可逆性好

(3) 穩定性高:正極材料表面與電解液之間副反應較小且熱穩定性較好

(4) 材料易制備，低毒且成本較低

目前已開發的正極材料根據結構主要可以分為層狀、橄欖石型和尖晶石型。

層狀正極材料因其相對較高的可逆容量和較高的充電電壓而受到電池研究人員的關注。層狀正極材料具有更高的壓實密度和容量，鈷酸鋰在脫鋰量大于50%時發生析氧反應，實際循環容量限制在140mAh/g左右。正極材料實際容量亟待提升。

層狀鈷酸鋰結構示意圖

原子尺度LiCoO2正極的脫鋰結構演化

鈷酸鋰是最早商業化的正極材料，然而其容量限制無法滿足要求。作為其替代品的高鎳正極材料應運而生，其目標容量大于200 mAh g^-1，充電電壓應大于4.2 V (vs. Li/Li⁺)以滿足動力市場所需要的能量密度。然而，電池工作電壓的增加不可避免地伴隨著大量的電極和電解質的分解衰退，這也帶來了不可逆的結構變化、微裂紋的形成和電極-電解質界面內持續的副反應。因此，對層狀正極材料在高電壓下電池循環過程中潛在機制的理解對于開發下一代鋰離子電池至關重要。

2023年8月，中國粉體網將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術與產業高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術研討會”。我們有幸邀請到中山大學材料學院的盧俠教授為我們帶來題為《高能量密度層狀正極材料》的報告。

層狀正極是開發高能量密度電池的關鍵材料之一，其在高脫鋰區間上，結構穩定性以及離子擴散過程都比較復雜，與能量傳遞相關的鋰的存儲與輸運，以及不相關的過渡金屬遷移形成互占位等過程的機理目前爭論頗大，因此對應之策也就迥異。簡言之，“由外而內”的改性策略往往需要“由內而外”的科學認識作為基礎，突破高能量密度的瓶頸就要闡明材料的工作機制。畢竟，正極材料是制約電池比容量的關鍵之一，而正極性能的提升直接改善電池的能量密度。

盧俠，中山大學材料學院教授、博士生導師，從事高能量密度電池的研究工作。主持國家自然科學基金面上、廣東省基礎與應用基礎研究基金-區域聯合重點基金以及企業橫向等項目，并作為骨干參與科技部重點研發計劃。發表SCI論文，包括PNAS, Nature Commun., JACS等100余篇，被引用超過7000次，H-index為39，授權多項發明專利。2019年入選廣東省“珠江人才計劃”青年拔尖人才項目。

參考來源：

1.盧俠 鋰離子電池層狀正極脫鋰的結構演化

2.李弘 設計高容量（>300 mAh/g）氧化物正極

3.常毅 鋰離子電池高容量層狀正極材料研究進展

4.能源學人 層狀正極衰減新機制！去質子化作用的原理解析

（中國粉體網編輯整理/喬木）

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