快充锂离子电池用镍基层状氧化物正极材料开发的最新进展

近年来，随着采用镍基层状氧化物材料作为电池正极，电动汽车（EVs）的续航里程得到了显著提升。然而，与内燃机汽车较短的加油时间相比，电动汽车的平均充电时间仍然较长。在美国能源部的指导下，电动汽车补充 60% 电池容量的充电时间应小于 6 min，这意味着正极材料对应的充电倍率需大于 6C。然而，镍基层状氧化物材料缓慢的动力学条件和不足的热稳定性阻碍了其在快充工况下的进一步应用。近期大多数关于锂离子电池（LIBs）镍基层状氧化物正极材料的综述文章仅涉及慢充条件下的衰减机制。值得注意的是，随着电动汽车的发展，快充正极材料衰减机制的重要性急剧上升，且可能与慢充条件下的机制存在显著差异。尽管有少数关于快充的综述文章，但其视角大多局限于电池热管理模拟，缺乏如镍基层状氧化物正极材料微观结构衰减等实验验证。本综述首先讨论了快充的一般性与基础性定义，随后总结了电动汽车所需的倍率性能以及镍基层状氧化物正极材料的电化学和动力学特性。接着，从电极尺度、颗粒尺度乃至原子尺度（晶格氧水平研究），系统讨论了采用镍基正极的锂离子电池在快充工况下的衰减机制。随后，详细阐述了实现更高倍率性能的各种策略，如优化正极颗粒的合成工艺、制备单晶颗粒、使用电解液添加剂、掺杂外来离子、包覆保护层以及设计正极结构等。为了提升镍基氧化物正极材料在快充条件下的电化学性能，需要综合考虑所有这些策略。