利用X射线光电子能谱分析锂电池电极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2

全球便携式电子设备和电动汽车的普及刺激能源存储设备的发展,如电池和超级电容器,转向更高的功率密度和能量密度,这极大地依赖于新材料用于这些设备的发展。此外,能源存储材料扮演着一个关键角色,高效,清洁,和多功能使用的能量,并为可再生能源的开发是至关重要的。其中锂电池的发展占据了主要地位^[1]。

离子电池正极材料在容量和安全性方面表现出更多的的不足，这也使得正极材料成为决定电池整体性能的关键性材料；此外，正极材料的费用也直接影响了电池的制造成本，据核算，正极材料的费用占到整个电池成本的 25%以上。[2]

商业化程度较高的锂离子正极材料主要包括五种：LiCoO₂（简写为 LCO，下同）、Li Ni O₂（LNO）、改性 Li Mn₂O₄（改性 LMO）、Li Fe PO₄（LFP）以及 Li Ni _x Co _y Mn _z O₂（NCM _xyz，x y z= 1）三元材料。^[2]

LCO的合成、形貌以及压实等工艺控制已经做得相当成熟，一直作为主流的正极材料应用于高端小型电子产品中；但是 Co 的储量相对较为有限，导致 LCO 电池的价格一直徘徊在高位；此外 LCO 在比容量、安全性和无毒性方面存在着较大的缺陷，限制了 LCO

的大规模应用

LNO 材料的比容量较高且原材料比较丰富，但是纯相的 LNO 难以合成且安全性不佳；LMO 材料大功率放电性能好、原材料丰富易得，但是材料的循环稳定性和储存性能不好；LFP 材料的倍率性能（碳包覆后）、安全性以及环保性能比较突出，但是材料的比容量不高。^[2]

三元材料创始人 OHZUKU 等人^[3]最初就是采用固相法合成 333 材料，传统固相法由于仅简单采用机械混合，因此很难制备粒径均一电化学性能稳定的三元材料。

镍钴锰三元正极材料中镍钴锰比例可在一定范围内调整，并且其性能随着镍钴锰的比例的不同而变化，因此，出于进一步降低钴镍等高成本过渡金属的含量，以及进一步提高正极材料的性能的目的；世界各国在具有不同镍钴锰组成的三元材料的研究和开发方面做了大量的工作，已经提出了多个具有不同镍钴锰比例组成的三元材料体系，包括 333， 523， 811 体系等。^[4]

固相法和共沉淀法是传统制备三元材料的主要方法，为了进一步改善三元材料电化学性能，在改进固相法和共沉法的同时，新的方法诸如溶胶凝胶、喷雾干燥、喷雾热解、流变相、燃烧、热聚合、模板、静电纺丝、熔融盐、离子交换、微波辅助、红外线辅助、超声波辅助等被提出。^[4]