谢科予/沈超AEM综述：富镍层状氧化物的空气不稳定性研究进展

得益于优异的锂离子扩散动力学和可观的放电比容量，富镍层状氧化物已成为高能量密度锂离子电池的首选正极活性材料（CAM）。然而，由于镍离子独特的电子结构（Ni²⁺/³⁺/⁴⁺）和严苛的烧结条件标准，富镍CAM在与环境空气接触时会发生固有的劣化。

在此，西北工业大学谢科予教授、沈超副研究员等人全面而重要地概述了富镍 CAM的空气不稳定性，包括表征、存储演化行为和影响机制、改性和处理方法等。

首先，作者总结了活性材料存储的模拟和表征技术，高精度和原位表征方法对于研究高活性电极材料的存储稳定性至关重要。然后，全面分析了加工过程（从粉末制备到应用）中影响富镍CAM空气稳定性的因素。富镍CAM的表面演化机制归纳为四点：

1）Li⁺/H⁺阳离子交换

2）杂质和吸附物质

3）活性氧释放

4）表面附近的结构降解。

最后，作者总结了空气不稳定性对富镍CAM的可加工性、电化学性能和安全性的影响。针对富镍CAM在产业化和应用中的诸多局限性，目前已提出了针对性的改性方法，本综述将其分为两部分：1）掺杂、钝化涂层、复合层等预处理；2）气体反应、洗涤、热处理等后处理。

图1. 富镍CAMs的存储演化行为及各种因素对电池生产过程的影响

纵观富镍CAM的最新进展，作者总结了近期有前景的研究方向如下：

（1）表征方法方面，目前的研究更侧重于材料在时间和空间尺度上的原位演化，为具体的演化过程补充证据。此外，还需将元素分布、化学组成、相结构、载流子动力学等各种物理化学参数包含在多个级联中以获得全面研究。

（2）材料合成方面，从源头控制其表面和界面的稳定性是解决富镍CAM固有非稳态效应的关键。其中，最重要的约束条件如下：i）块体近表面区域的相控；ii）元素分布；iii）残留锂量的精确调控等。

（3）材料改性方面，针对锂盐残渣难以彻底去除的特点，需要通过后端处理（材料修复再生等）实现高效利用和彻底去除。

（4）材料的实际应用方面，应在CAM的规模化加工中引入一些辅助手段，包括通过调节浆料和电极加工等以抑制/解决空气不稳定性难题。

图2. 富镍CAM的空气不稳定性对其电化学性能的影响

Air Instability of Ni-Rich Layered Oxides-A Roadblock to Large Scale Application, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202993

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