高鎳單晶層狀正極是未來的高能量密度鋰電的選擇嗎？

　　作為新能源汽車的動力核心，鋰電池的發展面臨著“高能量密度和高安全性難以兼顧”這一重大技術瓶頸。例如，當前高能量密度鋰電池中常用的正極材料是高鎳三元正極（NMC），但是高鎳NMC正極存在嚴重的安全性問題，它具有極強的界面活性，會與電解液發生劇烈反應導致電池性能衰減并伴有大量的氣體產生，并在極端情況下發生熱失控，誘發安全事故，這是NMC基高能量密度鋰電池應用面臨的最嚴峻的挑戰。

　　由于特殊的結構和形貌，單晶NMC正極在循環穩定性、產氣和熱穩定性等關鍵方面的性能普遍優于多晶NMC正極，因此高鎳單晶NMC正極被認為是解決商業化多晶NMC正極瓶頸問題的有效途徑。但事實上，根據之前發表的論文，上述結論仍存在爭議，因為在不同Ni含量下，兩種NMC正極的電化學性能存在不確定關系。

　　最近，《國家科學評論》（National Science Review，NSR）在線發表了深圳大學化學與環境工程學院胡江濤副教授和孫學良院士等的綜述文章“Challenges and approaches of single crystal Ni-rich layered cathodes in lithium batteries”。

　　文章總結得出，在Ni含量較低(≤60%)的情況下，單晶NMC的性能優于多晶NMC。然而，當鎳含量大于60%時，富鎳單晶NMC正極比多晶NMC正極的容量衰減更快。統計發現，在選擇合適的改性策略后，高鎳單晶的電化學性能可以達到二次顆粒的水平，甚至性能更好。（圖1）基于上述電化學性能的對比，該論文系統綜述了高鎳層狀單晶的業界發展現狀和面臨的技術挑戰，涉及合成方法、衰減機制、優化策略（圖2）等，并提出了從材料基礎改性到電池結構設計的全方位優化方案。

　　除此之外，論文還展望了高鎳單晶層狀正極在未來鋰電池領域的發展方向和應用前景，主要包括以下五個方面：材料可控制備；衰減機理研究；先進的表征技術；多種修改措施的應用和單晶形態調控。