周心安，傅小兰，王 超，王 博，赵冬妮，张飞龙，李世友

(兰州理工大学 石油化工学院，兰州 730050)

0 引 言

锂离子电池(LIBs)作为一种操作灵活的高能量密度储能设备，已广泛应用于无线电子设备、电动工具、智能电网、混合动力汽车和电动汽车[1]。正极材料在LIBs中起着至关重要的作用，占整个电池系统总成本的30%以上[2]。随着对能量密度要求的不断提高，传统的正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)，锰酸锂(LiMn2O4)和三元正极材料LiNi1-x-yMnxCoyO2(x+y<0.5)(NCM)，已难以满足人们的日常生活需求，因此开发具有能量密度高、安全性能好、经济环保的正极材料成为目前研究工作的重点。高镍三元正极材料NCA(LiNixCoyAl1-x-yO2,x≥0.8)由于具有较高的可逆容量(≥200 mAh/g)、较高的电压(≥4.3 V)和较低的成本被认为是最具应用前景的正极材料之一。

目前，NCA材料已成功地应用于特斯拉电动汽车的动力系统，但是仍存在着循环性能差和安全性能不佳等问题，这主要是由于以下原因所导致[3-4]：(1)处于高氧化态的Ni3+和Ni4+在高温条件下极不稳定，容易与电解液反应，导致材料表面结构发生变化，影响NCA材料的比容量和循环性能[5]；(2)Ni2+半径(0.069 nm)与Li+半径(0.076 nm)相近，在充电过程中随着Li+的脱出，部分Ni2+迁移至Li+空位，产生锂镍混排，导致材料不可逆容量的损失[6]；(3)材料循环过程中形成的微应变会引起晶间裂纹，导致电解液进入晶界，引起材料的结构退化和容量衰减[7]。如上所述，NCA正极材料的大规模商业应用仍然受到表面副反应、阳离子混排、较差的循环稳定性(尤其在高温或高电压下)、较低的导电率和压实密度等影响。为克服以上缺点，进一步提高NCA材料的综合性能，使其拥有更加广泛的应用前景，研究者们从不同角度着手对NCA材料进行改性以提高其电化学性能。本文总结了近五年来，在表面包覆、体相掺杂、梯度化及单晶化等方面对NCA材料进行的改性研究，综述了以上改性方法对NCA材料电化学性能的影响，并对其优缺点进行了分析。……