鋰離子電池負極材料近年來發展很快，例如傳統的晶體矽負極和氧化亞矽負極，比容量可以突破1000mAh/g以上，相比之下
，正極材料發展相對較為緩慢，目前較為成熟的NCA和NCM三元材料容量多為180mAh/g左右，雖然現在一些高鎳的NCM材料容量可達200mAh/g以上，但是循環性能往往不太穩定，而且高鎳材料對生產工藝的要求也遠遠高於傳統的LiCoO2材料，因此三元材料進一步提升容量的空間並不是很大，但是有一類材料

，它的容量可以輕鬆做到了200mAh/g以上，甚至可以做到300mAh/g，可以為鋰離子電池帶來巨大的能量密度的提升，這種材料就是富鋰材料。

 

富fu鋰li材cai料liao容rong量liang高gao，並bing且qie還hai具ju有you低di成cheng本ben的de優you勢shi，可ke以yi說shuo是shi非fei常chang理li想xiang的de鋰li離li子zi電dian池chi正zheng極ji材cai料liao，當dang然ran任ren何he事shi情qing都dou不bu可ke能neng是shi完wan美mei的de
，在zai首shou次ci使shi用yong的de過guo程cheng中zhong為wei了le發fa揮hui出chu富fu鋰li材cai料liao的de高gao容rong量liang，要yao采cai用yong高gao電dian壓ya活huo化hua，這zhe一yi過guo程cheng中zhong除chu了le形xing成cheng我wo們men需xu要yao的deLi2MnO3物相外，也會生成Li2O
，haihuishifanghuoxingyang
，zhebujinhuipohuaifulicailiaozishendejiegou

，haihuidaozhidianjieyedeyanghuafenjie，zaochengjiaogaodebukenirongliang。ciwaifulicailiaozaixunhuanguochengzhonghaicunzaizhecengzhuangjiegouxiangjianjingshijiegouzhuanbiandequshi，zheyedaozhifulicailiaodedianyapingtaizaixunhuanguochengzhonghuichixudexiajiang，rongliangbuduanshuaijian，shidefulicailiaoxunhuanxingnengjiaocha，fanyingjiliruxiatusuoshi。

 

 

富鋰材料活化製度是影響其循環性能的一個重要因素，以色列科學家Prasant Kumar Nayak等研究顯示，活化電壓和循環電壓對於富鋰材料的循環性能都有十分顯著的影響
，例如他們發現Li1.17Ni0.25Mn0.58O2在經過4.8V活化，並在2.3-4.6V之間循環的電池，雖然容量高達242mAh/g，但是循環性能很差，並且循環100次後電壓平台從3.62V衰降到了3.55V，而經過4.6V活化，並在2.3V-4.3V之間循環的電池，雖然比容量較低僅為160mAh/g
，但是循環性能優異，並且循環100次未出現平台電壓衰降
，如下圖所示
，而沒有經過高電壓活化的材料
，容量較低僅為100mAh/g左右
，可見富鋰材料的活化製度和循環製度對於富鋰材料的循環具有巨大的影響。

 

 

富鋰材料在較高的工作電壓下，存在界麵穩定性差的問題，因此元素摻雜和材料的表麵包覆處理是克服富鋰材料循環性能差、電壓衰降的主要方法，哈爾濱工業大學的戴長鬆等開發了一款Se摻雜的富鋰材料Li1.2[Mn0.7Ni0.2Co0.1]0.8-XSeXO2，相比沒有經過摻雜的富鋰材料，該材料的晶體結構更加規則，陽離子混排也更少。電化學測試發現，該材料首次效率可達77%，在10C的大倍率下仍然能夠發揮178mAh/g的容量，同時摻雜的Se元素很好的抑製了富鋰材料的電壓衰降
，循環100次容量衰降僅為5%，機理研究顯示Se元素抑製了O2-被氧化為O2，從而減少了材料由層狀結構向尖晶石結構轉變
，進而提高了材料的倍率性能和循環性能。

富鋰材料界麵穩定性差，容易導致副反應的發生，影響電池的循環壽命
，一種有效的解決辦法就是“表麵包覆”，例如AlF3、Al2O3和Li3PO4等材料都可以用於富鋰材料的表麵包覆，改善富鋰材料的表麵穩定性。哈工大的杜春雨等等提出了一種SnO2包覆方案
，他們利用了SnO2中的氧缺位
，促進Li2MnO3結構的形成，不僅改善了富鋰材料的循環性能和倍率性能
，還提高了富鋰的材料的容量，達到了264.6mAh/g，相比於沒有包覆處理的富鋰材料提高了38.2mAh/g，這也為富鋰材料表麵改性處理提供了一個新的思路。

 

 

華南師範大學的Dongrui Chen等借助聚多巴胺模版法，利用Li3PO4對富鋰材料進行了包覆處理
，Li3PO4包覆層的厚度僅為5nm左右。Li3PO4包覆層極大的改善了富鋰的材料的循環性能，0.2C
，2.0-4.8V循環100次，容量保持率為78%，而沒有經過包覆處理的富鋰材料容量保持率僅為58%
，同時Li3PO4包覆層也顯著提高了富鋰的材料的倍率性能

，如下圖所示。

 

 

富鋰材料的低溫性能也是阻礙富鋰材料應用的一個重要因素
，中國工程物理研究院的Guobiao Liu等對於富鋰材料低溫下容量下降的機理做了詳細的研究，一般認為，富鋰材料在低溫下由於活化產生的Li2MnO3材料的數量較少，導致容量偏低，但Guobiao Liu的研究發現
，即便是材料內的Li2MnO3含量較高，在低溫下容量發揮也很低，Li2MnO3含量並不是影響材料容量發揮的決定性因素
，Guobiao Liu認為低溫下較差的電極動力學特性會抑製Mn4+/Mn3+反fan應ying
，從cong而er導dao致zhi材cai料liao的de容rong量liang發fa揮hui較jiao低di。循xun環huan性xing能neng研yan究jiu顯xian示shi
，雖sui然ran低di溫wen導dao致zhi富fu鋰li材cai料liao的de容rong量liang發fa揮hui較jiao低di，但dan是shi卻que顯xian著zhu的de提ti升sheng了le富fu鋰li材cai料liao的de循xun環huan性xing能neng，如ru下xia圖tu所suo示shi（電池A在25℃下循環，含有較多數量的Li2MnO3，電池B，在低溫-20℃下循環含有較少數量的Li2MnO3，電池C首先在25℃下活化
，然後在-20℃下循環，含有數量較多的Li2MnO3）。A

、B和C三種電池在循環100次後，容量保持率分別為68.3%、80.9%和88.1%，通tong過guo對dui三san種zhong電dian池chi中zhong的de富fu鋰li材cai料liao的de結jie構gou研yan究jiu顯xian示shi
，低di溫wen很hen好hao的de抑yi製zhi了le富fu鋰li材cai料liao從cong層ceng狀zhuang結jie構gou向xiang尖jian晶jing石shi結jie構gou轉zhuan變bian，從cong而er顯xian著zhu改gai善shan了le富fu鋰li材cai料liao的de循xun環huan性xing能neng。

 

 

富鋰材料麵臨的主要問題是晶體結構穩定性差和表麵副反應多
，目前主要的解決辦法是：摻雜、表麵包覆和新型活化工藝。摻雜的主要目的是穩定Ni和Mn元素，進而提高富鋰材料的結構穩定性，Cochanzashiyizhongjiaoweichangjiandechanzafangfa。xiangbiyuyuansuchanzafangfa
，biaomianbaofushitigaofulicailiaoxingnenggengweiyouxiaodefangfa
，baofucailiaofenweidianhuaxuehuoxingwuzhihefeihuoxingwuzhi，changjiandehuoxingwuzhiweijianjingshicailiao，jianjingshicailiaojuyoulianghaodewendingxing，nenggouxianzhudegaishanfulicailiaodexingneng，danshijianjingshicailiaozai3V以下時
，會發生不可逆的相變

，這也是我們在使用尖晶石包覆時需要特別注意的一點。非活性物質塗層材料主要包含金屬氧化物、碳和金屬氟化物等，這些材料能夠顯著的改善富鋰材料的界麵穩定性，提升材料的循環性能

，常見的包覆材料主要有AlF3、Li3PO4和ZrO2dengcailiao。fulicailiaodehuohuaguochengduiyufulicailiaodejiegouwendingxingyouzhezhiguanzhongyaodeyingxiang，zaihuohuadeguochengzhonghuidaozhifulicailiaokelidebiaomianwendingxingjiangdi，yinqijiemianfufanyingzengjia，weiciduiyuhuohuazhidudeyanjiujiuxiandeyouweizhongyao（下圖為富鋰材料發展圖解）。

 

 

富鋰材料經過多年的研究，人們對於其電化學反應機理認識逐漸深入，通過材料結構調整、元(yuan)素(su)摻(chan)雜(za)和(he)表(biao)麵(mian)包(bao)覆(fu)等(deng)手(shou)段(duan)，顯(xian)著(zhu)改(gai)善(shan)了(le)富(fu)鋰(li)材(cai)料(liao)的(de)結(jie)構(gou)和(he)表(biao)麵(mian)穩(wen)定(ding)性(xing)
，配(pei)合(he)活(huo)化(hua)製(zhi)度(du)的(de)研(yan)究(jiu)，目(mu)前(qian)富(fu)鋰(li)材(cai)料(liao)循(xun)環(huan)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)倍(bei)率(lv)性(xing)能(neng)都(dou)已(yi)經(jing)得(de)到(dao)了(le)極(ji)大(da)的(de)提(ti)升(sheng)
，雖(sui)然(ran)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)還(hai)難(nan)以(yi)撼(han)動(dong)三(san)元(yuan)材(cai)料(liao)的(de)地(di)位(wei)，但(dan)是(shi)相(xiang)信(xin)隨(sui)著(zhe)富(fu)鋰(li)材(cai)料(liao)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)成(cheng)熟(shu)
，富(fu)鋰(li)材(cai)料(liao)能(neng)夠(gou)憑(ping)借(jie)著(zhe)高(gao)容(rong)量(liang)的(de)優(you)勢(shi)
，成(cheng)為(wei)下(xia)一(yi)代(dai)高(gao)比(bi)能(neng)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)正(zheng)極(ji)材(cai)料(liao)的(de)有(you)力(li)競(jing)爭(zheng)者(zhe)。