为了进一步提高锂离子电池的能量密度，制造高能量密度的锂离子电池，正极材料需要从三个方面考虑：

> 开发可在低电位下实现高比容量的正极材料，如高镍正极材料；

> 提高正极材料的嵌锂电位，实现更高的容量，如高压LCO、NCM和锂富锰基氧化物正极材料；

> 开发高工作电压的正极材料，如锰酸镍锂尖晶石正极（LNMO）

① 钴酸锂正极材料

由于其高电压平台和高压实密度，licoO2正极材料在体积能量密度要求高的3C领域仍是主流正极材料。从4.48V到4.5再到4.6V的应用开发还需要做很多细化工作。目前，高质量的表面涂层是匹配正极表面CEI保护和提高电解液稳定性的可行发展路径。

② 三元正极材料

Ni含量超过0.80的NCM和NCA正极材料具有比容量高、成本低的优点，并且比容量会随着Ni含量的增加而进一步增加。但会增加Ni+和Ni+离子在表面的滞留量，导致Ni+含量增加，Ni+残渣氧化稳定。目前，高镍NCM和NCA存在的问题主要从前驱体工艺、烧结工艺、掺杂和涂层等方面进行改进。

Ni含量在0.8左右的高镍正极材料已经商业化。目前，大部分正极材料企业已量产NCM811材料，包括容百科技、湖南杉杉、党升科技、振华新材料等，而贝特瑞、厦钨新能源则实现了NCA的量产。

含镍量更高的产品也在不断的研发和改进中。目前的发展目标是210~230mA•h/g的可逆比容量，Ni90以上的正极材料可以实现。

为了提高稳定性，单晶是NCM开发的一项常用技术。开发高镍层状氧化物和低镍高压层状氧化物是目前具有竞争力的两条技术路线。

③ 富锂锰基正极材料

富锂锰基正极材料具有比容量高、工作电压高、环境友好、成本低等优点。它们有望成为下一代高比能量电池的首选正极材料。

在已知的锂离子电池材料体系下，目前只有富锂锰基正极材料与硅碳正极结合有望使锂离子电池单体的能量密度达到400W•h/kg以上。

北京微蓝新能源科技有限公司与中科院物理所研究团队采用富锂猛极正极材料和超高能，研制出质量能量密度大于500W·h/kg的单体电池- 薄金属锂阴极。电芯体积能量密度接近1200W·h/L，循环寿命可达100次循环。

目前，富锂锰基正极材料仍处于研发阶段，距离商业化还有一段时间。 针对其库仑效率低、安全性差、首周循环性能和倍率性能差等关键问题，需要深入的机理研究，未来有望批量应用于锂离子电池高能量密度.

④ 正极材料总结

钴酸锂（lCO）、镍钴锰酸锂（NCM）、镍钴铝酸锂（NCA）和富锂锰基（Li rich）正极材料在比容量方面有较大的提升空间。

在各类正极材料中，富锂锰基正极材料可将锂离子电池单体能量密度提高至400w·h/kg以上，其商业化进程较无锂正极材料更快。 是除高电压钴酸锂和高镍正极材料之外，最有希望发展锂离子电池高能量密度的正极材料。

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本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-22 11:46:16 整理发布。
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