高镍三元正极改性工艺和作用总结

高镍三元正极以其高比容量成为了目前锂电正极材料未来最有应用前景的选择，然而，经过前道工序等一系列步骤制备出的高镍三元正极还有残余锂较多、压实密度低、循环性能差等亟待解决的问题，因而需要通过水洗、表面包覆，改进形貌等方式对高镍三元正极进行改性，进一步提升高镍三元正极的性能。

高镍三元正极相对于普通三元正极，表面的残余锂较多，对材料性能有明显影响。

从目前的研究结果看，水洗成品是去除高镍三元正极表面残余锂最好的方法。随着洗涤次数的增加，PH值不断降低，证明洗涤可以降低材料表面的碱性，二次洗涤基本可以达到最佳效果。

同时，水洗前和水洗后的高镍三元正极（如NCM811）形貌也会发生改变，发现水洗后的材料形貌变的光滑。

三元正极的包覆主要有无机包覆和有机包覆两种方法。无机包覆即在无机体系下将改性材料包覆在三元正极表面，通过无机包膜罐，将三元正极和纯水以一定比例放入包膜罐，通过搅拌让三元正极颗粒在水中均匀分散后，在合适的温度和PH下，缓慢加入包覆物质，使其均匀的包覆在三元正极表面。而有机包膜是在有机体系下对三元正极包覆，均匀度要好于无机包膜，但是涉及有机物的使用和回收，工艺较为复杂。

三元正极包覆的目的是进一步提升材料的性能。表面包覆可以抑制材料在充放电过程中材料的不可逆相变和过渡金属离子的溶解。此外，还能减少材料与电解液的直接接触，减少副反应的发生。

比如，采用水热法将纳米TiO₂包覆在NCM622正极材料表面，下图为包覆TiO₂前后NCM622(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂)的TEM照片。如下图所示，NCM622材料表面存在的TiO₂包覆层，没有破坏NCM622的结构。TiO₂包覆可改善材料的放电容量、循环性能、倍率性能和4.5V的高压性能。其中，包覆1.0%TiO₂的样品在容量保持率和循环能量密度方面均明显好于未包覆材料。

机械融合：是另外一种复合材料的加工方法，基本原理是颗粒表面机械力的作用产生的机械化学效应，将不同材料制备成复合材料，可以使表面改性剂或添加剂包覆在改性颗粒表面。

喷雾造粒：为了提高三元正极的倍率性能，可将材料一次单晶研磨成纳米级材料，再用喷雾造粒的方法将纳米颗粒加工成二次球团聚体。该工艺过程需要的设备有搅拌磨、砂磨机、喷雾干燥机等。

搅拌磨主要用于三元正极的初步混合和研磨。卧式砂磨机具有高效分散和超细研磨的作用，喷雾干燥是在干燥塔的顶部导入热风，同时将液料送至塔顶，经过雾化器喷成雾化颗粒。