硬核技術(shù)干貨：

在三元材料中，三種元素所起作用不同，相對含量高低影響整體材料性能：

1）Ni是主要活性物質(zhì)之一，對容量有顯著影響，其相對含量提升，克容量增加；

2）Co也是活性物質(zhì)，既能穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，又能減小陽離子混排，便于材料深度放電，從而提高材料的放電容量；

3）Mn4＋呈電化學惰性，主要起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。

Ni表現(xiàn)為高容量，低安全性；Co表現(xiàn)為高成本，高穩(wěn)定性；Mn表現(xiàn)為高安全性、低成本。為了得到低成本、高容量的三元材料，通過提高Ni的相對含量，降低Co、Mn的比例，放電容量有明顯增加，但循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性幾乎線性下降。

高鎳正極的循環(huán)性能及熱穩(wěn)定性較差原因主要在于：

1）Li／Ni容易發(fā)生混排，而高鎳正極更為嚴重。由于Ni2＋與Li＋半徑接近，在脫鋰過程中，Li＋脫嵌形成空位，Ni2＋容易遷移到鋰位，從而造成鋰的析出，在不斷的重復反應過程中，混排比例增加，材料層級結(jié)構(gòu)塌陷，導致性能大幅減弱，因此循環(huán)性能較差。

2）三元材料中Ni含量的增加，熱分解溫度降低，放熱量增加，材料熱穩(wěn)定性變差。此外，高鎳正極Ni4＋含量高，Ni4＋具備強氧化性，會分解電解液，為了保持電荷平衡，材料中會釋放出氧氣，破壞晶體結(jié)構(gòu)，從而使材料的穩(wěn)定性變差。

因此高鎳正極需要摻雜、包覆做材料改性方能在實際產(chǎn)業(yè)化中應用。

1）體相摻雜改性：通過改變材料的晶格常數(shù)或材料中部分元素的價態(tài)來提高材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高材料的電子電導率和離子電導率，降低陽離子混排。摻雜主要分為陽離子摻雜（Al、Mg、Ti、Zr、Mo、Cr）、陰離子摻雜（F）和陰陽離子共摻雜（AlF3、MgF2）等。陽離子Al、Mg等摻雜可以抑制Li／Ni混排，抑制充放電過程的相轉(zhuǎn)變，改善循環(huán)性能。陰離子F摻雜可以將結(jié)構(gòu)中部分M—O鍵替換成更加穩(wěn)定的M—F鍵，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少正極與電解液的反應，降低循環(huán)過程中界面電阻的增加，改善循環(huán)穩(wěn)定性。

2）表面包覆改性：通過減小正極與電解液直接接觸導致的電解液氧化分解，減少材料在充放電循環(huán)過程中晶體結(jié)構(gòu)的坍塌，并能抑制SEI膜的生長，從而提高電池的循環(huán)及安全性能。包覆材料主要為無電化學活性的無機材料，如AlPO4、Al2O3、AlF3、MgO、TiO2等。同時，表面堿性過大會影響正極材料電化學性能的發(fā)揮，并且會影響材料的涂布質(zhì)量，表面包覆能有效降低三元材料的表面堿性。

高鎳正極的核心技術(shù)在于摻雜包覆工藝，同時燒結(jié)的設(shè)備精度及工藝要求也大幅提升，技術(shù)難度顯著增加。

目前三元正極工業(yè)化生產(chǎn)采用的主流生產(chǎn)工藝為：共沉淀法制備前驅(qū)體，然后將其與鋰源混合固相燒結(jié)制成三元材料。摻雜在前驅(qū)體和燒結(jié)環(huán)節(jié)均可，包覆則主要集中在燒結(jié)環(huán)節(jié)，主要原因在于前驅(qū)體液相包覆工藝技術(shù)難度大，類精細化工控，在燒結(jié)環(huán)節(jié)實現(xiàn)包覆需要進行二次或多次燒結(jié)。

摻雜包覆的難點在于摻雜包覆元素選擇、工藝方法以及參數(shù)控制以得到均勻的摻雜包覆效果。燒結(jié)環(huán)節(jié)的核心設(shè)備窯爐劃分為多個溫區(qū)，高鎳正極在燒結(jié)過程中多溫區(qū)的溫度控制精度要求顯著高于523等產(chǎn)品，同時由于正極材料氧空位的存在會誘發(fā)Ni／Li混排，高鎳正極材料需要純氧氣氛燒結(jié)，對設(shè)備的精度及密閉性要求極高。高鎳正極需要一次性燒結(jié)完成，不像523等產(chǎn)品可以進行返燒，整體的工藝要求也明顯提高，技術(shù)難度顯著增加。

參考研報：國盛證券《高鎳化專題：格局重塑，溢價提升》