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物料介紹

應用于鋰離子電池的鎳鈷鋁正極活性材料已經商業化了近20年。鎳鈷鋁正極活性材料能夠實現高容量、高能量密度，以及更好的化學穩定性，以滿足電動汽車動力電池的要求。

NCA材料由于其優異的結構穩定性和高容量，是一種很有前途的材料。但是，NCA材料的循環性和倍率性能仍然限制了其大規模應用。層狀巖鹽正極材料由于結構缺陷影響電化學性能，鎳基化合物中常見的結構缺陷有多余鎳、鋰鎳反位和氧空位缺陷。

NCA三元材料也存在一些缺點，重要表現在以下兩個方面：

(1)在材料合成高溫退火時，Ni較差的熱穩定性會導致其還原為Ni，由于Ni半徑(0.69與Li半徑(0.76)相近，在充電過程中隨著Li的脫出，部分Ni會占據Li的空位，造成鋰鎳反位缺陷，生成不可逆相，導致材料容量損失;

(2)高氧化態的Ni、Ni在高溫條件下極不穩定，且易與電解液釋放的HF發生副反應，造成材料結構發生變化甚至坍塌，從而影響材料的比容量及循環性能。針對這些缺點，通常對材料進行改性處理，重要使用的改性方法可概括為表面包覆和體相摻雜。表面包覆是將包覆材料(碳及其衍生物、氧化物、磷酸鹽、鋰化物等)附著在正極材料表面，是一種十分簡單有效的改性方法，要求所使用的包覆材料具有較好的Li和電子傳輸性能，一方面可以提高NCA材料的電子電導率，進而改善材料的倍率性能;另一方面，包覆層可以減少NCA材料與電解液的直接接觸面積，降低電解液釋放的HF與材料的副反應發生的幾率，從而防止因正極材料被腐蝕造成的晶體結構坍塌，顯著提高電池在循環過程中的穩定性。

鎳鈷鋁酸鋰是一種多元材料，通常簡稱為“NCA”，因綜合性能優勢較為明顯越來越受到行業關注與認同。

鎳鈷鋁酸鋰材料典型的組成為LiNi0.8Co0.15Al0.05O2，是一種綜合了LiNiO2與LiCoO2優點的材料，除了在可逆比容量方面較高，且加之摻鋁（Al），該材料的結構穩定性和安全性也有所增強，進而促進了材料循環穩定性的增強。

NCA合成方法

固相合成法

固相合成法一般過程通常以LiOH·H2O（或Li2CO3）、Ni2O3、Co2O3及Al(OH)3為原料，按一定比例進行固相混合后得到前驅體，再在750℃左右氧氣氣氛下進行長時間（24h左右）高溫煅燒得到產物。

優點

操作簡單

缺點

材料的高溫煅燒時間較長，能耗高。

此外，當合成二元或更多元體系混合物時，機械混合往往不能使多種反應物混合均勻，難以得到符合化學計量比的純凈物，容易引入NiO等雜質相，導致晶體結構存在缺陷，電化學性能不好。所以，在NCA的制備中很少有人采取這種方法。

溶膠-凝膠法(sol-gel)

溶膠-凝膠法是將金屬醇鹽或無機鹽經溶液、溶膠、凝膠而固化，再講凝膠低溫熱處理變為氧化物的一種方法。其中凝膠的制備及干燥是關鍵。