高鎳正極面臨很多問題，其中原材料的保存、電池生產(chǎn)環(huán)境要求高是巨大的挑戰(zhàn)。本文簡單總結(jié)下環(huán)境因素，特別是濕度對高鎳正極材料特性的影響，理解錯誤之處請大家批評指正。

對于鎳基材料，顆粒表面會發(fā)生自發(fā)反應(yīng)，Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Ni2+，釋放O2-，當(dāng)鎳含量高的材料（NMC622、NMC811、NCA等）暴露在空氣中時，更容易吸收空氣中的二氧化碳和水，發(fā)生如下反應(yīng)：

動力電池作為電動汽車的心臟，至關(guān)重要，在我國新能源汽車發(fā)展規(guī)劃和財政補貼方面均對動力電池能量密度提出了更高的要求。2017 年 2 月 20 日工業(yè)和信息化部會同發(fā)展改革委、科技部、財政部等有關(guān)部門聯(lián)合印發(fā)了《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》，該方案提出 2020 年新型鋰離子動力電池單體比能量要超過 300Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭達到 260 Wh/kg。在國家新能源汽車推廣應(yīng)用的財政補貼政策中，將電動汽車補貼金額與續(xù)航里程、電池能量密度掛鉤，能量密度越高，補貼也就越多。

正極材料作為動力電池的核心原材料，直接影響動力電池的能量密度、安全性、循環(huán)壽命等性能。常見的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰和三元材料LiNixCoyM1-x-yO2 (M 為 Mn 或 Al)。其中，鈷酸鋰壓實密度高、充放電電壓高，但鈷資源稀少、成本較高，在 3C、無人機、航模等小型電池領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。錳酸鋰主要指尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4 ，其安全性好、價格低，但比容量低、高溫下容量衰減嚴重。磷酸鐵鋰為橄欖石結(jié)構(gòu)，其安全性和循環(huán)性能好、成本較低，但能量密度低、放電電壓低(3.4 V)、低溫性能差。鎳酸鋰比容量高，但制備困難，安全性和循環(huán)壽命極差，無法商業(yè)化應(yīng)用。三元材料具有比容量高、循環(huán)性能較好、原料成本較低等優(yōu)點，但隨著鎳含量的提高，比容量升高的同時，循環(huán)性能和安全性能也相應(yīng)的惡化。因此，雖然三元材料尤其是高鎳三元材料的比容量高，但實際應(yīng)用時仍存在諸多缺陷，如安全性能、循環(huán)性能、儲存性能以及大電流充放電性能等。

為了解決上述問題，文獻報道的改進方法主要包括材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化制備工藝、元素摻雜  、表面包覆  。其中，優(yōu)化制備工藝、元素摻雜、表面包覆方面的研究進展綜述較多，本文將重點對三元正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的研究進展進行綜述。

目前三元正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進方向主要包括：類單晶型結(jié)構(gòu)、放射狀結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)和梯度材料結(jié)構(gòu)等。

這樣在顆粒表面形成Li2CO3和LiOH層，材料中Ni比例高，PH值也越高，而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li，又不具備電化學(xué)活性，因此會造成容量衰減，而且顆粒表面致密的Li2CO3層阻礙Li的擴散，影響電池性能。LiOH也會與PVDF和LiPF6反應(yīng)，對電池工藝和性能產(chǎn)生不利影響。

材料與空氣的反應(yīng)會在原材料保存、電極制備、極片存儲等整個過程進行，因此，對于高鎳材料，從原材料到整個電池生產(chǎn)過程都需要嚴格的環(huán)境控制，特別是水分控制。如果水分與材料已經(jīng)發(fā)生了反應(yīng)，通過常規(guī)的干燥過程根本無法再次去除水分的影響，電極漿料的制備、極片制造等環(huán)節(jié)都需要在干燥環(huán)境內(nèi)進行，一般地，高鎳正極電池的生產(chǎn)過程都需要露點-30℃環(huán)境。

如果高鎳正極材料顆粒表面吸收空氣中的水分，反應(yīng)產(chǎn)生了LiOH，這就會對極片制造工藝過程產(chǎn)生嚴重的影響。在高鎳正極漿料制備過程中，PVDF溶解于NMP中，材料表面的堿性基團會攻擊相鄰的C-F、C-H鍵，PVDF很容易發(fā)生雙分子消去反應(yīng)，會在分子鏈上形成一部分的碳碳雙鍵，反應(yīng)如下：

當(dāng)PVDF內(nèi)雙鍵増加時，其粘結(jié)力也會増加，這會導(dǎo)致漿料粘度増加，甚至漿料形成凝膠狀態(tài)。因此，高鎳正極漿料在制備和涂布過程，環(huán)境濕度對其影響巨大，如果再工藝過程中吸水反應(yīng)，特別容易造成漿料性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致極片制造過程出現(xiàn)品質(zhì)不穩(wěn)定，工藝一致性差等問題，形成凝膠漿料時，甚至涂布過程無法進行。

而且，當(dāng)PVDF內(nèi)雙鍵増加導(dǎo)致粘結(jié)力増加時，極片脆性増加特別容易發(fā)生斷裂，極片輥壓、分切等工藝收放卷過程中，極片斷裂造成工藝過程無法進行。如果電池是方形卷繞工藝，在卷芯拐角處會造成極片斷裂或者掉料的情況。

LiOH會與Al箔發(fā)生如下反應(yīng)：

6OH^-+2Al+6H₂O→6OH^-+2Al(OH)₃+3H₂

Al被腐蝕之后，機械強度降低，電池電化學(xué)性能和安全性都會受到影響，而且箔材被腐蝕表面性質(zhì)變化，涂層剝離強度會降低，極片的機械性能和電性能都會受到影響。

此外，LiOH也會與LiPF6反應(yīng)，消耗電解液中的Li離子，產(chǎn)生HF氣體，它可以使電池內(nèi)部的金屬零件腐蝕，進而使電池最終漏液。而且HF破壞SEI膜，會與SEI膜主要成分持續(xù)發(fā)生反應(yīng)：

ROCO2Li + HF → ROCO2H + LiF

Li2CO3 + 2HF → H2CO3 + 2LiF

 近年來，三元正極材料逐漸向高比容量、高壓實、高電壓、低成本方向發(fā)展，在此過程中合理設(shè)計材料的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，通過不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效解決相應(yīng)問題。類單晶型結(jié)構(gòu)能夠提升正極材料的壓實密度、顆粒強度、電壓等;放射狀結(jié)構(gòu)能夠提升正極材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性等;核殼結(jié)構(gòu)和梯度材料結(jié)構(gòu)非常適用于高鎳三元材料，能夠充分發(fā)揮正極材料的比容量，提升截止電壓和循環(huán)穩(wěn)定性等。所以，未來應(yīng)該根據(jù)電池的使用要求，深入分析正極材料的性能特點，通過合理設(shè)計材料結(jié)構(gòu)，結(jié)合三元正極材料的其他改性手段，開發(fā)綜合性能優(yōu)異的三元正極材料。

最后，在電池內(nèi)部產(chǎn)生LiF沉淀，使鋰離子在電池負極片發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)，消耗活性鋰離子，電池的能量就減少了。

高鎳材料吸收水分反應(yīng)產(chǎn)物Li2CO3在充電狀態(tài)的高電位下容易分解產(chǎn)生CO2氣體，造成電池鼓包漏液問題。當(dāng)材料吸收的水分足夠多時，產(chǎn)生的氣體多，電池內(nèi)部的壓力就會變大，從而引起電池受力變形，出現(xiàn)電池鼓漲，漏液等危險。

因此，對于高鎳正極材料，在原材料保存和電池制備過程中，環(huán)境濕度都需要嚴格控制，才能生產(chǎn)高性能的鋰離子電池。