中国粉体网讯 锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度以及长寿命等特点，被广泛应用于智能手机、笔记本电脑等数码产品与动力市场中。近年来，随着动力锂离子电池的不断发展，消费者对动力电池的能量密度、循环性能和安全性能提出了更高的要求，如何提高锂离子电池的能量密度成为当前关注的焦点。
正极材料是限制高能量密度电池的关键因素之一，在保证锂离子电池的可逆容量方面起着重要作用。因此，对正极材料的研究主要集中在提升其充放电容量以及循环稳定性。
理想的正极材料应具备以下优势:
(1) 比容量和工作电压高
(2) 材料结构可逆性好
(3) 稳定性高:正极材料表面与电解液之间副反应较小且热稳定性较好
(4) 材料易制备，低毒且成本较低
目前已开发的正极材料根据结构主要可以分为层状、橄榄石型和尖晶石型。
层状正极材料因其相对较高的可逆容量和较高的充电电压而受到电池研究人员的关注。层状正极材料具有更高的压实密度和容量，钴酸锂在脱锂量大于50%时发生析氧反应，实际循环容量限制在140mAh/g左右。正极材料实际容量亟待提升。
层状钴酸锂结构示意图
原子尺度LiCoO2正极的脱锂结构演化
钴酸锂是最早商业化的正极材料，然而其容量限制无法满足要求。作为其替代品的高镍正极材料应运而生，其目标容量大于200 mAh g-1，充电电压应大于4.2 V (vs. Li/Li+)以满足动力市场所需要的能量密度。然而，电池工作电压的增加不可避免地伴随着大量的电极和电解质的分解衰退，这也带来了不可逆的结构变化、微裂纹的形成和电极-电解质界面内持续的副反应。因此，对层状正极材料在高电压下电池循环过程中潜在机制的理解对于开发下一代锂离子电池至关重要。
2023年8月，中国粉体网将在山城重庆举办“2023先进正极材料技术与产业高峰论坛暨第一届钠离子电池材料技术研讨会”。我们有幸邀请到中山大学材料学院的卢侠教授为我们带来题为《高能量密度层状正极材料》的报告。
层状正极是开发高能量密度电池的关键材料之一，其在高脱锂区间上，结构稳定性以及离子扩散过程都比较复杂，与能量传递相关的锂的存储与输运，以及不相关的过渡金属迁移形成互占位等过程的机理目前争论颇大，因此对应之策也就迥异。简言之，“由外而内”的改性策略往往需要“由内而外”的科学认识作为基础，突破高能量密度的瓶颈就要阐明材料的工作机制。毕竟，正极材料是制约电池比容量的关键之一，而正极性能的提升直接改善电池的能量密度。
卢侠，中山大学材料学院教授、博士生导师，从事高能量密度电池的研究工作。主持国家自然科学基金面上、广东省基础与应用基础研究基金-区域联合重点基金以及企业横向等项目，并作为骨干参与科技部重点研发计划。发表SCI论文，包括PNAS, Nature Commun., JACS等100余篇，被引用超过7000次，H-index为39，授权多项发明专利。2019年入选广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才项目。
参考来源：
1.卢侠 锂离子电池层状正极脱锂的结构演化
2.李弘 设计高容量（>300 mAh/g）氧化物正极
3.常毅 锂离子电池高容量层状正极材料研究进展
4.能源学人 层状正极衰减新机制！去质子化作用的原理解析
（中国粉体网编辑整理/乔木）
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