硬核技術(shù)干貨：
在三元材料中，三種元素所起作用不同，相對(duì)含量高低影響整體材料性能：
1）Ni是主要活性物質(zhì)之一，對(duì)容量有顯著影響，其相對(duì)含量提升，克容量增加；
2）Co也是活性物質(zhì)，既能穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，又能減小陽(yáng)離子混排，便于材料深度放電，從而提高材料的放電容量；
3）Mn4＋呈電化學(xué)惰性，主要起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。
Ni表現(xiàn)為高容量，低安全性；Co表現(xiàn)為高成本，高穩(wěn)定性；Mn表現(xiàn)為高安全性、低成本。為了得到低成本、高容量的三元材料，通過(guò)提高Ni的相對(duì)含量，降低Co、Mn的比例，放電容量有明顯增加，但循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性幾乎線(xiàn)性下降。
高鎳正極的循環(huán)性能及熱穩(wěn)定性較差原因主要在于：
1）Li／Ni容易發(fā)生混排，而高鎳正極更為嚴(yán)重。由于Ni2＋與Li＋半徑接近，在脫鋰過(guò)程中，Li＋脫嵌形成空位，Ni2＋容易遷移到鋰位，從而造成鋰的析出，在不斷的重復(fù)反應(yīng)過(guò)程中，混排比例增加，材料層級(jí)結(jié)構(gòu)塌陷，導(dǎo)致性能大幅減弱，因此循環(huán)性能較差。
2）三元材料中Ni含量的增加，熱分解溫度降低，放熱量增加，材料熱穩(wěn)定性變差。此外，高鎳正極Ni4＋含量高，Ni4＋具備強(qiáng)氧化性，會(huì)分解電解液，為了保持電荷平衡，材料中會(huì)釋放出氧氣，破壞晶體結(jié)構(gòu)，從而使材料的穩(wěn)定性變差。
因此高鎳正極需要摻雜、包覆做材料改性方能在實(shí)際產(chǎn)業(yè)化中應(yīng)用。
1）體相摻雜改性：通過(guò)改變材料的晶格常數(shù)或材料中部分元素的價(jià)態(tài)來(lái)提高材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高材料的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，降低陽(yáng)離子混排。摻雜主要分為陽(yáng)離子摻雜（Al、Mg、Ti、Zr、Mo、Cr）、陰離子摻雜（F）和陰陽(yáng)離子共摻雜（AlF3、MgF2）等。陽(yáng)離子Al、Mg等摻雜可以抑制Li／Ni混排，抑制充放電過(guò)程的相轉(zhuǎn)變，改善循環(huán)性能。陰離子F摻雜可以將結(jié)構(gòu)中部分M—O鍵替換成更加穩(wěn)定的M—F鍵，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少正極與電解液的反應(yīng)，降低循環(huán)過(guò)程中界面電阻的增加，改善循環(huán)穩(wěn)定性。
2）表面包覆改性：通過(guò)減小正極與電解液直接接觸導(dǎo)致的電解液氧化分解，減少材料在充放電循環(huán)過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)的坍塌，并能抑制SEI膜的生長(zhǎng)，從而提高電池的循環(huán)及安全性能。包覆材料主要為無(wú)電化學(xué)活性的無(wú)機(jī)材料，如AlPO4、Al2O3、AlF3、MgO、TiO2等。同時(shí)，表面堿性過(guò)大會(huì)影響正極材料電化學(xué)性能的發(fā)揮，并且會(huì)影響材料的涂布質(zhì)量，表面包覆能有效降低三元材料的表面堿性。
高鎳正極的核心技術(shù)在于摻雜包覆工藝，同時(shí)燒結(jié)的設(shè)備精度及工藝要求也大幅提升，技術(shù)難度顯著增加。
目前三元正極工業(yè)化生產(chǎn)采用的主流生產(chǎn)工藝為：共沉淀法制備前驅(qū)體，然后將其與鋰源混合固相燒結(jié)制成三元材料。摻雜在前驅(qū)體和燒結(jié)環(huán)節(jié)均可，包覆則主要集中在燒結(jié)環(huán)節(jié)，主要原因在于前驅(qū)體液相包覆工藝技術(shù)難度大，類(lèi)精細(xì)化工控，在燒結(jié)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)包覆需要進(jìn)行二次或多次燒結(jié)。
摻雜包覆的難點(diǎn)在于摻雜包覆元素選擇、工藝方法以及參數(shù)控制以得到均勻的摻雜包覆效果。燒結(jié)環(huán)節(jié)的核心設(shè)備窯爐劃分為多個(gè)溫區(qū)，高鎳正極在燒結(jié)過(guò)程中多溫區(qū)的溫度控制精度要求顯著高于523等產(chǎn)品，同時(shí)由于正極材料氧空位的存在會(huì)誘發(fā)Ni／Li混排，高鎳正極材料需要純氧氣氛燒結(jié)，對(duì)設(shè)備的精度及密閉性要求極高。高鎳正極需要一次性燒結(jié)完成，不像523等產(chǎn)品可以進(jìn)行返燒，整體的工藝要求也明顯提高，技術(shù)難度顯著增加。
參考研報(bào)：國(guó)盛證券《高鎳化專(zhuān)題：格局重塑，溢價(jià)提升》
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