锂电池三元层状NMC材料研究获进展

三元层状材料Li(NixMnyCoz)O2(NMC)(x+y+z=1)具有较高的理论容量，易合成，以及相对较低的价格，是目前应用于锂离子电池最为广泛的正极材料(如大多数手机和特斯拉电动汽车所采用的正极材料)，也是北京大学深圳研究生院新材料学院协同深圳企业正在开展的国家电动汽车动力电池重大创新工程的关键正极材料。但是其安全性能较差，当过充或受热时容易引发结构破坏或相变，从晶格释放氧气，与有机电解液接触后容易起火燃烧，严重的会引发爆炸。这也成为其应用于电动汽车动力电池的一大挑战。

北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队，对锂电池三元层状NMC材料开展了系统研究，对锂的扩散机理及高低温的性能开展了系统的研究(J. Am. Chem. Soc., 2015,137(26),pp 8364)，并发现NMC622具有最好的高低温的性能(Advanced Energy Materials 2015，DOI: 10.1002/aenm.201501309)。最近他们通过第一性原理计算和实验验证，发现三元层状正极材料的稳定性与晶格结构中最不稳定的氧有关，而氧的稳定性又由其基本的配位单元决定(TM(Ni，Mn，Co)3-O-Li3-x：每个氧和过渡金属层中的三个过渡金属离子配位，同时和锂层中的0到3个锂离子配位)。通过此模型，他们系统地揭示了层状材料中锂的含量、过渡金属元素的含量及价态、Ni/Li反位缺陷等因素对氧稳定性的调控。这将为今后三元层状材料锂离子电池稳定性的优化提供重要线索和理论指导。