綜述：動力電池811正極材料性能改進策略

      上海大學科學院可持續(xù)能源研究所張久俊院士課題組研究了NCM811材料存在的問題和挑戰(zhàn)，包括混合陽離子放電、熱穩(wěn)定性差、循環(huán)性能和儲存特性差以及安全隱患。對NCM811材料的離子摻雜改性、涂層改性、結構設計優(yōu)化等改性策略進行了總結和分析，并對高鎳NCM811材料的未來發(fā)展趨勢和前景進行了展望，該成果在eTransportation國際交通電動化雜志第7期上發(fā)表。
 
        1. 背景介紹

        高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命的鋰離子電池已經(jīng)成功實現(xiàn)了商業(yè)化。在世界各國國家政策的大力鼓勵下，新能源汽車以其高能效、低排放的優(yōu)勢得到了迅速發(fā)展。與消費類電子產(chǎn)品不同，新能源汽車對電池成本、能量/功率密度、安全性、使用壽命等都有更為嚴格的要求。

       正極材料對以上性能起著決定性作用。特別地，這種汽車用鋰離子電池的能量密度要求足夠高，以滿足行駛里程的要求。在眾多的正極材料中，具有高性能的層狀結構高鎳材料(典型的有LiNi_xCo_yMn_zO₂、x>y>z)在純電動汽車的鋰離子電池中得到了廣泛的應用。為實現(xiàn)電動汽車用300Wh/kg比能電池發(fā)展目標而努力，LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)是這類正極材料中的一員，由于其比鎳含量較低的正極材料具有更高的容量而備受關注。
       雖然這種特殊結構的正極材料具有許多優(yōu)點，包括與電極的接觸面積較大，但仍有一些問題需要解決，如循環(huán)過程中的顆粒破裂以及與電解液副反應產(chǎn)生氧氣等問題。因此，需要對NCM811正極材料進行更多的改性，以獲得更高的能量/功率密度和更長的循環(huán)壽命，以及相應的鋰離子電池的安全性，特別是在電動汽車上使用的鋰離子電池。本文從NCM811正極材料面臨的主要挑戰(zhàn)和材料改性策略。

       兩個方面綜述了近年來NCM811正極材料的發(fā)展進展，以期向高性能鋰離子電池邁進。展望了NCM811高比能量鋰離子電池正極的應用前景和發(fā)展趨勢。

       2. 存在問題 

       2.1 陽離子混合

       由于NCM811正極材料的高鎳含量，Ni2+和Ni3+在燒結過程中容易共存。由于Ni2+的半徑接近Li3+的半徑(0.076 nm)，富鎳材料容易在Li3+空間占據(jù)3B位置，Li3+容易在Ni2+空間占據(jù)3A位置，導致鋰和鎳陽離子混合。尤其是當材料為脫鋰態(tài)時，隨著鋰離子的不斷釋放，形成了更多的鋰空位。此時，Ni2+逐漸向Li⁺位遷移，導致導電性較差的NiO相增多，正極空間群由R-3m逐漸轉變?yōu)镕m-3m。此外，鋰層中鎳的存在會阻礙鋰的擴散，增加材料的內(nèi)阻，加速正極材料性能的退化。同時，鋰離子的脫附會導致材料結構的不穩(wěn)定，導致坍塌和破壞，從而阻礙鋰的正常脫嵌，影響鋰離子電池的循環(huán)性能。雖然NCM811中的鈷有助于減少陽離子混合，但其僅10%質(zhì)量的低含量似乎不夠，并且NCM811正極材料中的陽離子混合現(xiàn)象仍然嚴重。顯然，這種現(xiàn)象會降低層狀氧化物NCM811材料的放電容量，阻礙Li+的擴散途徑，從而降低其電化學性能。

       2.2 熱穩(wěn)定性和安全性差

       總的來說，隨著鎳含量的增加，NCM材料的熱分解溫度降低，熱釋放量逐漸增加。例如，測試以LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂(NCM111)、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)作為正極材料的半電池，電池電壓為4.3V，它們的熱分解溫度的峰值分別為306ºC，290ºC和232ºC。因此，NCM111、NCM523和NCM811基電池釋放的熱量逐漸增加，表明NCM811正極材料的熱穩(wěn)定性和安全性能低于NCM111和NCM523。此外，在鋰離子電池的實際應用中，在相同的工作電壓下，高鎳NCM正極材料釋放的鋰高于低鎳NCM正極材料釋放的鋰，導致Ni⁴⁺含量增加，Ni⁴⁺是一種強氧化劑，可進一步氧化電解質(zhì)產(chǎn)生氧氣，使電池不穩(wěn)定，給應用帶來安全隱患。

       在NCM811的制備過程中，經(jīng)常使用LiOH作為鋰源。由于LiOH對水(濕度)和CO₂的敏感性，在LiOH與三元前驅體混合過程中，容易發(fā)生水/微量CO₂吸附，使混合料團聚，不利于后續(xù)燒結過程中活性物質(zhì)與氧的充分接觸，使反應完全。結果表明，NCM811中LiOH等殘留堿和LiOH與CO₂反應生成的產(chǎn)物Li₂CO₃含量增加。在Li₂CO₃存在下，當電池充電到更高的電壓時，Li₂CO₃會分解，破壞NCM811材料的界面。此外，Li₂CO₃還能催化有機電解質(zhì)的分解反應。此外，NCM811在高溫高濕環(huán)境下更容易在顆粒表面吸水，特別是當Ni含量超過60%時，NCM811更容易吸水。以LiPF₆為電解液組裝成電池的NCM811正極材料中含有微量水時，LiPF₆會被水解生成HF，導致電極材料和集流體的腐蝕以及過渡金屬離子的溶解，導致電池性能過早惡化。
在降解機理上，鋰離子電池的電解質(zhì)鋰鹽LiPF₆對水敏感。反應機理可表示如下：
        LiPF₆ → LiF + PF₅ (1)
        PF₅ + H₂O → 2HF + POF₃ (2)
       在NCM811正極材料中，HF繼續(xù)與LiOH和Li₂CO₃反應，使性能變差：
       HF + LiOH → LiF + H₂O (3)
       2HF + Li₂CO₃ → LiF + H₂O + CO₂ (4)
       如公式(1)-(4)所示，副反應的增加會導致內(nèi)部產(chǎn)氣量的增加。對于軟包裝NCM811LIBs，過多的氣體積聚會導致電池破裂、電解液泄漏，導致冒煙甚至起火等安全事故。

        2.3 循環(huán)性能差
       根據(jù)以上討論，隨著NCM811中Ni含量的增加，更有可能導致鋰鎳材料的陽離子混合。在LiB循環(huán)過程中，一些材料的晶體結構會從有序的層狀結構轉變?yōu)闊o序的尖晶石結構，導致材料表面的體積收縮和微裂紋，從而加劇電解液對電極材料的腐蝕，導致容量和循環(huán)性能的下降。

       結果表明，隨著Ni含量的增加，NCM正極材料的循環(huán)性能迅速下降。例如，Noh等人表明，NCM111電池的氧化還原峰非常穩(wěn)定，但隨著鎳含量的增加，氧化還原峰逐漸移動。當使用x > y + z的LiNi_xCo_yMn_zO₂(x + y + z = 1)時，電池的氧化還原峰為3.63V，但在100次循環(huán)后，該峰位移至3.76V。在充電期間，還存在其他幾個次要峰，表明從六方晶向單斜晶（H1 → M），單斜晶向六方晶（M → H2）以及六方晶H2至六方晶H3的某些相變。在充電/放電循環(huán)中，高鎳正極材料的顆粒更容易出現(xiàn)裂紋然后破裂，這會加速電解質(zhì)對正極活性物質(zhì)的腐蝕，從而導致鋰離子電池的嚴重容量下降和較差的循環(huán)性能。對于電動汽車的大規(guī)模商業(yè)應用，建議電池系統(tǒng)能夠滿足2000倍甚至更高的充電和放電循環(huán)，這對正極（NCM811）和負極材料都提出了很高來滿足電動汽車的循環(huán)壽命。

       2.4 存儲性能不足

       在過量鋰存在下制備NCM811材料時，會在材料表面產(chǎn)生過量的Li₂O、LiOH等堿性產(chǎn)物。這些物質(zhì)很容易與水和CO2反應生成惰性Li₂CO₃，從而導致活性鋰的損失和容量的降低。此外，如前所述，LiBs中的鋰鹽LiPF₆對水敏感。當電池中有水分時，水分會與LiPF₆反應，水解生成腐蝕性很強的HF，從而導致正極材料的表面腐蝕和過渡金屬離子的溶解，導致LiBs的性能迅速惡化。

       Wang等人對高鎳三元NCM811/石墨軟包電池的高溫貯存性能進行了評價，并對其貯存性能下降的機理進行了研究。結果表明，貯存前后正極材料的體相結構和基本形貌沒有明顯變化。儲存后，正極材料表面非電化學活性巖鹽相厚度增加，晶粒局部出現(xiàn)尖晶石相，導致高鎳三元材料的反向容量衰減。結果表明，過渡金屬元素被溶解出來，擴散到負極表面，還原成金屬Ni和Mn。過渡金屬的還原反應會破壞負極表面的SEI，導致活性鋰離子的消耗。對于大規(guī)模商用的電動汽車，鋰離子電池的壽命要求達到8年甚至更長，這就要求NCM811等正極材料和負極材料能夠滿足儲存要求。
 
        3. 材料改性

       3.1 離子摻雜

       離子摻雜是指在不改變NCM811材料原有結構的情況下，引入與鋰離子半徑相近的其他離子，提高了正極材料的晶體結構穩(wěn)定性。由于離子摻雜，NCM811正極材料的體相結構在循環(huán)過程中保持穩(wěn)定，從而抑制了結構崩塌，提高了正極材料的循環(huán)性能。摻雜NCM811材料的性能改善機理可概括為兩個方面：

       (1)摻雜元素可以改變NCM811材料的晶格常數(shù)或某些元素的價態(tài)，從而提高材料結構的穩(wěn)定性；

       (2)摻雜元素可以減少NCM811材料的陽離子混合，從而提高NCM811材料的電子電導率和離子電導率。對于鋰離子電池正極材料，通常采用與鋰離子半徑相近的摻雜離子來改善晶體結構穩(wěn)定性，以延長其循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定性。摻雜改性主要有陽離子摻雜、陰離子摻雜和離子共摻雜三種策略。

       NCM材料常用的陽離子摻雜元素有Mg²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Ti⁴⁺, Zn²⁺等。Mg²⁺的離子半徑接近Li⁺半徑，有利于Li⁺離子的脫封，具有良好的支撐效果。因此，鎂常被用作NCM正極材料的摻雜劑。Al³⁺能降低NCM材料的陽離子混合程度，有效地減小Ni-O八面體的Jahn-Teller畸變，提高NCM材料的結構穩(wěn)定性。例如，Yuan等人研究了Mg、Al摻雜對NCM811正極材料的影響。結果表明，Al⁺和Mg²⁺摻雜可以提高材料的c/a和I(003)/I(104)值，表明摻雜改善了NCM811的層狀結構，減少了陽離子混合。雖然摻雜后的首次放電比容量略低于未摻雜的NCM811，但穩(wěn)定性和循環(huán)性能都有很大提高。

       與陽離子摻雜的多樣性相比，陰離子摻雜也是提高正極材料性能的一種有效策略。摻雜陰離子以F^-為主。例如，Woo等人以NH₄F為氟源摻雜NCM811, Yue等人以一定數(shù)量的NH₄F在450ºC需要5個小時才能得到F^-摻雜NCM811材料。結果表明，氟摻雜能有效地抵抗HF腐蝕，提高材料的結構穩(wěn)定性和相應LIBs的循環(huán)壽命。電化學阻抗譜測試結果也表明，氟摻雜降低了NCM811正極的電荷轉移電阻，提高了正極的導電性。

       如果摻雜一個離子不能達到預期的效果，離子共摻雜策略也可以嘗試對NCM811材料進行改性。例如，Woo等人研究了Al³⁺/Mg²⁺共摻雜NCM811正極材料的結構和電化學性能。他們發(fā)現(xiàn)，Al³⁺以固溶體的形式溶解在過渡金屬層中，當Mg³⁺占據(jù)Li位置時，Li層中的Ni²⁺含量大大減少。結果表明，Al³⁺/Mg²⁺共摻雜可以穩(wěn)定NCM811正極的晶體結構，降低陽離子相容性，提高其結構穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和電化學性能。Zhang等人研究了Cr/Mg共摻雜NCM811正極材料的結構和性能，不僅改善了循環(huán)性能，而且由于Cr³⁺的摻雜提高了首次放電比容量。Zeng等人采用高溫固相法制備了Na摻雜NCM811材料，并用二氧化硅包覆了該材料。在0.5ºC時，該材料的比容量可達209 mA h/g。當倍率為10C時，材料的比容量仍能保持1.15 mA h/g，同時摻雜和包覆后的NCM811材料表現(xiàn)出更好的倍率性能。

       雖然摻雜是提高NCM811正極材料電化學性能的有效方法，但大多數(shù)摻雜元素不具有電化學活性，這會導致LiBs的首次放電比容量降低。因此，有必要在達到摻雜效果的前提下對摻雜劑的質(zhì)量進行優(yōu)化。此外，正極材料的一致性對鋰離子電池的性能非常重要。摻雜的均勻性決定了材料的均勻性。因此，有必要控制摻雜工藝和制備條件，以獲得均勻摻雜的正極材料。

       3.2 表面涂層

       表面涂層已被認為是提高電池材料性能的一種簡單有效的策略。它是在電池材料的表面涂覆一層材料，防止電池活性物質(zhì)與電解液接觸，減少副反應的發(fā)生。該涂層還可以改善材料的結構穩(wěn)定性，降低界面阻抗，提高材料的導電性。一般的涂層材料包括金屬氧化物、氟化物、磷酸鹽、導電聚合物和其他材料。研究表明，表面包覆可以改善鋰離子電池正極材料的界面性能、循環(huán)壽命、倍率性能和穩(wěn)定性。常用的物理防護涂層材料有Al₂O₃、MgO、CeO₂、ZrO₂、Co₃O₄等。這些涂層材料的一個共同特點是它們的金屬陽離子在特定的電壓窗口下只有一個穩(wěn)定的化學價態(tài)，化學穩(wěn)定性高。除了用作涂層材料的無鋰金屬氧化物外，一些含鋰化合物如Li₂ZrO₃、Li₃PO₄、Li₂O-2B₂O₃也被用作涂層材料。

       金屬氧化物包覆是一種傳統(tǒng)的包覆方法。例如，董等人研究了包覆Al₂O₃的NCM811正極材料。結果表明，雖然首次放電容量有所降低，但循環(huán)性能有了很大提高。經(jīng)過60次循環(huán)后，容量損失率僅為1%，而未涂覆的容量損失率高達10%。同時，倍率性能也得到了改善。Gu等人采用溶膠-凝膠法和電紡技術制備了MgO包覆NCM811正極材料。首次放電容量為195 mA h/g，循環(huán)性能明顯提高。采用Li₂TiO₃、Li₂ZrO₃和Li₂TiO₃-Li₂ZrO₃等不同的涂層對NCM811材料進行改性。結果表明，這些納米涂層不僅能有效地保護NCM811粒子表面免受副反應的腐蝕，而且提供了更好的鋰離子傳輸通道，加快了鋰離子的擴散速度，從而改善了材料的電化學性能。Zhang等人采用一種高效的表面改性策略，原位制備了NCM811粒子表面包覆固體電解質(zhì)Li₃PO₄層，并系統(tǒng)研究了該納米包覆層對材料電化學穩(wěn)定性的影響。NCM811@Li₃PO₄的制作示意圖如圖1所示。這種基于NCM811@Li₃PO₄的軟包電池的能量密度為304.6 W h/kg，在1.0ºC下的250次循環(huán)容量保持率為89.6%。

圖 1  NCM811@Li₃PO₄正極材料制作示意圖

 
        由于氟化物能抵抗電解液的腐蝕，所以常用作NCM811正極的涂層材料。例如，Woo等人將AlF₃包覆在NCM811材料上，以提高其電化學性能。包覆AlF₃的NCM811正極材料的首次放電容量沒有改變，但循環(huán)性能明顯改善。

       為提高NCM811材料的耐蝕性和化學穩(wěn)定性，探索了AlPO₄和CO₃(PO₄)₂等磷酸鹽在NCM811材料上的應用。例如，Cho等人研究了磷酸鋁包覆的NCM811材料。結果表明，涂層材料的首次放電比容量與未涂層材料沒有顯著差異，但其循環(huán)性能、倍率性能和穩(wěn)定性均有明顯提高。

        Al(H₂PO₄)₃也可用于表面涂層。Al(H₂PO₄)₃能與NCM811表面的殘余鋰反應生成Li₃PO₄和AlPO₄雙相包覆層(簡稱LNCM@ALP)。該共鍍層具有良好的導鋰性能和對電解液的化學穩(wěn)定性，可顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。LNCM@ALP的合成過程示意圖如圖2所示。通過一系列表征手段，證明了Li3PO4和AlPO₄兩相包覆層共存于NCM811表面，穩(wěn)定了NCM811的表面結構。電化學測試表明，LNCM@ALP包覆的NCM811材料的循環(huán)性能和倍率性能都有明顯提高。經(jīng)100次循環(huán)后，0.5wt%LNCM@ALP共包覆NCM811的容量從182.8 mA h/g降至167.8 mA h/g，保持率由裸NCM811的82.66%降至91.79%；0.5wt%包覆樣品在5 C、10 C下的放電容量分別為162.5 mA h/g和150.2 mA h/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。

 圖 2  LNCM@ALP合成流程示意圖

       Dai等人在NCM811顆粒表面引入了超薄Y₂O₃涂層，以改善該正極材料的電化學性能和存儲性能，并深入討論了涂層對電化學性能的影響。靜電流充放電電試驗表明，3%的Y₂O₃涂層樣品在循環(huán)100次后的容量保持率為91.45%，高于未涂層樣品的85.07%。

       不同于一般的涂料無機材料,導電聚合物涂層可以被氧化和聚合單體,形成一個網(wǎng)絡或三維涂層結構提高電子傳遞和鋰離子的擴散系數(shù),放電比容量,率NCM811材料的性能和循環(huán)性能明顯改善。典型的導電聚合物有聚乙炔(PA)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)等。Xiong等人在NCM811陰極材料表面涂覆了一層聚吡啶，提高了倍率性能和循環(huán)性能。通過循環(huán)伏安法(CV)和電化學阻抗譜(EIS)的測量，證明了這種聚吡啶涂層能夠有效地抑制電解液與NCM811材料表面的副反應。

        為了改善NCM811材料的性能，Zhang等人采用濕化學法分別用Al₂O₃、ZrO₂和LBO(Li₂O-2B₂O₃)進行涂層。用Al₂O3、ZrO₂和LBO包覆NCM811材料的原理圖如圖3所示。研究了Al₂O₃、ZrO₂和LBO薄層(~20-200 nm)對NCM811的形貌、結構和電化學性能的影響。采用NCM811材料包覆Al₂O₃、ZrO₂和LBO制備鋰離子電池。測試結果表明，經(jīng)過50次循環(huán)后，裸NCM811、Al₂O₃^-、ZrO₂^-和LBO^-包覆的NCM811的容量分別降至初始容量的99.50%、99.77%、99.84%和99.91%。經(jīng)過50次循環(huán)后，裸NCM811、Al2O3包覆、ZrO2包覆和LBO包覆的NCM811電池的內(nèi)阻分別增加了19.6mΩ、14.0mΩ、13.6mΩ和12.2mΩ。結果表明，包覆NCM811正極材料的電池的循環(huán)性能和電阻穩(wěn)定性都得到了改善，且包覆的NCM811樣品具有更穩(wěn)定的電化學性能。因此，在NCM811表面進行包覆層可以延緩材料結構的破壞，從而減少電化學性能的惡化。實驗結果表明，NCM811正極材料表面包覆LBO后，其充放電比容量、庫侖效率、吸水穩(wěn)定性、循環(huán)特性和電阻穩(wěn)定性均有明顯提高。因此，利用LBO對正極材料顆粒進行表面包覆有望成為提高LiBS電化學性能的一種有效而實用的改性方法。
 

圖 3  Al₂O₃、ZrO₂、LBO包覆NCM811材料的制備示意圖

       3.3 NCM811材料的結構設計

      粒徑對改善鋰離子電池正極材料的電化學性能起著重要作用，因此可以將正極粉末的粒徑設計成特定的尺度，以優(yōu)化期望的倍率容量、循環(huán)穩(wěn)定性等。在這方面，納米和微米級的一次/二次粒子都可以用來改善材料的電化學性能。例如，Zhang等人采用固相反應法制備了含有不同微米級顆粒的純NCM811粉末，研究了粒徑對典型NCM811正極材料電化學性能的影響，闡明了尺寸效應的重要性。結果表明，D50= 7.7 μm的原始NCM811正極粉末在室溫下100次循環(huán)后具有最好的首次放電比容量(1/20 C和1 C倍率下分別為224.5和169.1 mA h/g)和保持容量(1 C倍率下為71.0%)。

       開發(fā)核殼結構NCM材料是近年來的研究熱點。在核殼結構中，核心采用NCM811等高鎳NCM材料，可提供高的容量。殼體部分鎳含量低，使材料表面性能更穩(wěn)定。因此，NCM811的核殼結構可以改善其電化學性能。例如，Hou等人采用共沉淀法合成了具有多孔核殼結構的NCM811復合正極材料。他們觀察到，在電流密度為150 mA/g下，在3.0-4.3V的電壓范圍內(nèi)循環(huán)150次，容量保持率為87.35%。此外，該材料具有良好的結構穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。Ran等人的研究成果。利用高價鈦離子(Ti⁴⁺)誘導的納米結構雜化表面，合成了表面穩(wěn)定的核殼結構NCM811材料。圖4顯示了Ti⁴⁺對NCM811的保護機制�？梢钥闯觯�在外延位置的保護性陽離子混合層(類NiO相)與層狀基體具有相同的氧亞晶格，這有望抑制正極材料在長期循環(huán)過程中的表面寄生反應。
 

 
圖 4  Ti4+誘導的缺陷納米層的示意圖，以調(diào)節(jié)NCM811的結構穩(wěn)定性

       單晶NCM811材料具有以下優(yōu)點：1)減小電極與電解液的接觸面積，最終減少電阻層的形成，從而在電極壓制過程中保持穩(wěn)定的形貌；2)單晶NCM811材料沒有各向異性體積變化，保證了原始形貌，大大抑制了微裂紋的產(chǎn)生。這種形態(tài)穩(wěn)健性可以抑制電阻層的連續(xù)形成，并穩(wěn)定電化學性能。原始多晶和單晶富鎳正極在循環(huán)過程中的機械降解示意圖如圖5所示。
 

 
       圖 5 純凈多晶和單晶富鎳正極在循環(huán)過程中的機械退化示意圖

       4. 其他改進方法

       目前常用的NCM材料如NCM811的合成方法費時費錢，阻礙了其大規(guī)模的實際應用。將快速共沉淀和噴霧干燥技術相結合，開發(fā)了一種制備均勻球形NCM811粒子的有效合成方法。所制得的NCM材料即使在高截止電壓(4.5V)或高溫(60ºC)等惡劣條件下也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。此外，NCM811/石墨全電池在1 C循環(huán)200次后容量保持率高達94.7%，在10 C時的倍率為140.9 mA h/g。這些結果表明，所開發(fā)的制備NCM和其他電極材料的方法具有大規(guī)模、低成本商業(yè)化的可能性。

       正極的電化學性能與其結構特征密切相關，如孔隙率、形貌和特別暴露的表面，這些特征可以通過精細的設計進行調(diào)整。Ahn等人考察了NCM811在高溫重復循環(huán)過程中容量衰減的影響因素。他們發(fā)現(xiàn)，充放電過程中c軸長度的變化是NCM811一次粒子微裂紋形成和擴展的主要原因，并對影響NCM811在高溫重復循環(huán)過程中容量衰減的因素進行了研究。此外，NCM811正極材料的電解質(zhì)會在微裂紋表面分解，從而在粒子表面形成副產(chǎn)物，增大了一次粒子之間的阻抗，導致電子和離子連通性變差。此外，NCM811正極材料中的過渡金屬會從一次粒子之間新形成的微裂紋表面溶解到電解質(zhì)中。因此，NCM811正極材料在新形成表面的電解質(zhì)分解和過渡金屬溶解應是其容量衰減的主要原因。

       總結與展望 

       NCM811正極材料具有比容量高的優(yōu)點，是電動汽車正極材料的重要發(fā)展方向。但存在陽離子混合、充放電循環(huán)壽命不足、存在安全隱患等問題。目前，NCM811正極材料的電化學性能主要通過元素摻雜和表面包覆來改善。但是，優(yōu)化結構設計也應該是另一種有效的改進方法。

       為了使NCM811正極材料在鋰離子電池中得到更廣泛的應用，應注意以下幾點：

       01、顯著提高NCM811正極材料的安全性能。材料的安全性能決定了其LIB的安全性能。對于NCM811材料，提高材料表面的化學穩(wěn)定性和材料結構的物理穩(wěn)定性，減少與電解質(zhì)的反應和其他產(chǎn)氣反應，提高材料的熱穩(wěn)定性，都是提高LiB安全性的重要研究方向。

       02、顯著提高NCM811正極材料的循環(huán)壽命和儲存性能。為了使NCM811材料鋰離子電池能夠廣泛應用于新能源汽車等領域，需要通過摻雜、涂覆、結構設計等更有效的方法，進一步提高NCM811正極材料的循環(huán)壽命、縮短充電時間、擴大存儲容量、消除安全隱患。LIBs在新能源汽車上的應用，需要充放電2000次以上。這就要求NCM811正極材料能夠支持相應的循環(huán)次數(shù)。

       03、優(yōu)化電池設計，使NCM811正極與電解液匹配良好。針對NCM811電池的電源應用，除了性能優(yōu)化外，還對電池設計進行了優(yōu)化(包括更合理的正負極材料匹配、尺寸設計、導熱設計、安全添加劑等)，對組件和組件進行了優(yōu)化設計(包括散熱設計、安全保護、電池保護設計等)。也是大規(guī)模應用基于NCM811基鋰離子電池的必要措施。