隨著電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的不斷新增，容量更高的三元材料逐漸成為乘用車動(dòng)力鋰電池的主流選擇，特別是近年來(lái)隨著動(dòng)力鋰電池能量密度的持續(xù)提升，三元材料也逐漸從NCM111向NCM523、NCM622，以及Ni含量更高的NCM811和NCA材料轉(zhuǎn)變，我們知道Ni在正極材料中有兩個(gè)價(jià)態(tài)的變化，也就是Ni2+/Ni3+和Ni3+/Ni4+，因此更高的Ni含量讓正極材料的容量也更高，但是同時(shí)也導(dǎo)致了正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的降低，這也成為了高Ni材料應(yīng)用一道難以逾越的鴻溝。

近日，近日南京大學(xué)、南京理工大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)的JunchaoChen（第一作者）和WeipingTang（通訊作者）、TaoLiu（通訊作者）等人通過(guò)在NCA表面包覆一層LiFePO4納米顆粒，不但顯著改善了NCA材料在4.5V下的循環(huán)性能，還提升了材料的熱穩(wěn)定性，關(guān)于高鎳材料的推廣應(yīng)用具有重要的意義。

實(shí)驗(yàn)中作者首先將NCA和LFP材料按照90:10的比例進(jìn)行固相混合，然后在400℃下焙燒1h。通過(guò)下圖a和b的SEM圖片能夠看到在NCA二次顆粒的表面均勻包覆了一層LFP材料，厚度約為100nm，透射電鏡照片則顯示LFP和NCA顆粒之間形成了良好的界面。

下圖a為NCA和NCA-LFP材料的充放電曲線，我們可以看到純的NCA材料充電時(shí)在3.75V的又一個(gè)小的電壓起伏，這可能是NCA正極表面的Li2CO3和LiOH分解導(dǎo)致的，首次庫(kù)倫效率為83.5%。而LFP包覆的NCA-LFP材料，我們則能夠觀察到兩個(gè)電壓平臺(tái)，其中一個(gè)在3.45V附近，一個(gè)在3.6V附近，對(duì)應(yīng)的材料中的LFP和NCA的脫Li電壓平臺(tái)，材料的首次效率達(dá)到了87.6%（雖然比對(duì)照組NCA高4.1%，但是和目前的商業(yè)產(chǎn)品比還是有點(diǎn)低），同時(shí)NCA-LFP材料的充電電壓平臺(tái)也要明顯低于普通NCA，這表明LFP包覆抑制了NCA材料表面Li2CO3和LiOH的生成，減少充電過(guò)程中的極化。

在交流阻抗圖（下圖c）中我們能夠看到脫Li后NCA材料有兩個(gè)半圓，其中高頻區(qū)的為界面膜阻抗，低頻區(qū)的為電荷交換阻抗，通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)NCA-LFP材料的界面膜阻抗和電荷交換阻抗都要明顯小于普通NCA材料。

下圖e為兩種材料在4.5V、55℃下的循環(huán)性能比較，可以看到NCA-LFP材料的初始容量為210mAh/g，要高于普通NCA材料（204mAh/g），在循環(huán)100次后NCA-LFP材料的容量保持率為95%，也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通NCA材料（82.5%），在4.2V電壓下我們也能夠觀察到同樣的趨勢(shì)。

為了探究LFP提升NCA材料循環(huán)性能的機(jī)理，作者采用XPS對(duì)兩種材料的表面進(jìn)行了分析，從F1s圖中能夠看到F元素重要有兩個(gè)峰685.6eV和687.7eV，對(duì)應(yīng)的為L(zhǎng)iF和P-F/P-O-F，這兩者都是電解液的分解產(chǎn)物，從下圖a-c（NCA）和d-f（NCA-LFP）能夠看到，隨著充電電壓的提高材料表面的LiF的含量不斷上升，但是相對(duì)而言NCA-LFP材料的LiF含量要更少一些，這也表明LFP涂層能夠有效的減少電解液在正極表面的分解。

通過(guò)下圖NCA材料的SEM圖片我們也能夠看到LFP涂層對(duì)電解液分解的抑制作用，在55℃下循環(huán)100次后我們能夠發(fā)現(xiàn)在普通NCA材料（下圖a-c）表面生成了一層厚厚的電解液分解產(chǎn)物，而LFP包覆NCA材料在循環(huán)后材料表面仍然保持了相對(duì)光滑的表面，這與前面在XPS中觀察到了LFP包覆層抑制電解液分解的現(xiàn)象是一致的。

對(duì)兩種材料在不同充放電倍率下的電池溫升研究表明，LFP包覆也能夠減少NCA材料的溫升，從下圖a和b能夠看到當(dāng)充放電倍率低于0.3C時(shí)兩種材料電池的溫升差別很小，但是當(dāng)倍率達(dá)到0.3C以上時(shí)兩者之間的差距開(kāi)始拉大，例如在1C充電時(shí)普通NCA電池的溫升達(dá)到了30℃，而LFP包覆NCA材料的溫升僅為18℃，兩者之間的溫差達(dá)到12℃，在放電時(shí)兩者之間的溫差同樣高達(dá)10℃，這與我們前面觀察到的LFP包覆減少電池極化現(xiàn)象是一致的。

LFP包覆不但能夠減少NCA電池的溫升，還能夠改善NCA材料的熱穩(wěn)定性，從下圖c能夠看到完全脫Li后的NCA-LFP材料的熱分解溫度為229℃，要比普通NCA材料高14℃，表明LFP包覆顯著改善了NCA材料的熱穩(wěn)定性。

JunchaoChen的研究表明通過(guò)納米LFP材料表面包覆能夠顯著的改善NCA材料在高電壓、高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)LFP包覆還能夠減少NCA材料表面的LiOH和Li2CO3副產(chǎn)物，減少電池極化，降低電池在大倍率下的充放電產(chǎn)熱。LFP的包覆還將NCA材料的熱分解溫度提高了14℃，達(dá)到229℃，從而顯著改善了NCA材料的熱穩(wěn)定性，關(guān)于提升高鎳材料鋰離子電池的安全性具有很重要的意義。