正极材料和负极材料在一起（正极材料）

当充电截至电压为4.2 V 时，LiCoO2的容量一般为145 mAh/g 左右，据此在设计电池时，负极的容量一般高于正极10%左右。但是当电池发生过充时，电池的电压已经远高于4.2 V， 此时LiCoO2可以提供的容量为其全部容量274mAh/g，因此已经远远高于负极能接受的容量，此时过多的金属锂一般沉积在负极的表面，导致电池芯发生膨胀，挤压甚至刺透隔膜引发内部短路。

Material	Δx
LiCoO2 (Cobalt)	0.55
LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA)	0.70
LiMn2O4 (Spinel)	0.80
LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2 (NMC 333)	0.55
LiFePO4 (Iron Phosphate)	0.95

正极材料综合比较 正极材料综合比较

失效保护机制

除过增加隔膜安全性，当电池由于针刺或挤压等造成很大的电流通过电池，造成电池温度上升时，电池内部的多孔隔膜迅速软化，多孔结构相互粘连而形成一种几乎完全封闭的结构，因而不能再为离子的传输提供通道，此时流过电池的电流被迅速切断。

锂离子电池技术如今无处不在，锂通过多晶结构在正极中循环。然而，正极在电池内部更容易发生其他副反应，直接影响产品品质和终端安全，所以通过技术从正极材料进行改观。

引用中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译

“One-Pot工艺”提供更清洁的阴极制造

左：Nano One研发总监Lida Hadidi

右：Nano One首席技术官Stephen Campbell

Nano One的系统可以简化阴极生产，并且可以改善更可持续锂离子电池的成本和性能。

世界各国领导人正在推动采用电动汽车来阻止气候变化。然而，电动汽车电池的制造使用对环境有重大影响的材料和制造工艺，这导致科学家们尝试寻找与采用新技术，以创造更可持续的解决方案。

Nano One已经参与其中。这家总部位于加拿大的公司的目标是提高用于锂离子电池的更可持续的阴极的成本和性能。

根据Nano One的网站信息，其核心任务是创建全球新一代电池材料生产的领先平台。公司正在开发一种称为One-Pot工艺的制造技术。该工艺简化新型阴极材料的生产，从而降低成本，同时提高电池性能。

简化制造

锂离子电池技术如今无处不在，锂通过多晶结构在阴极中循环。然而，阴极在电池内部更容易发生其他反应，这会威胁到设备的健康与寿命。

科学人员通过对多晶结构的阴极包覆材料，以阻止不必要的反应，从而解决了这个问题。然而，该工艺增加了电池整体制造的复杂性和成本。此外，随着时间的推移，充电损坏涂层，使电池暴露副反应中，而涂层就是为了阻止发生类似的事。

使用单晶体材料的阴极可以减少这种损害，然而制造它们增添了制造的成本与复杂性。Nano One表示，通过涂有铌的的纳米级晶体来形成阴极来解决这两个问题，他们将两种工艺结合在一起，因此被称为“One-Pot”。

Nano One图解说明其工艺是如何简化阴极生产，同时减少浪费的。

该公司表示，工艺将锂与涂层和其他金属混合成前体粉末。然后在窑中加热转化为涂敷的单纳米晶体，而无序额外在当前阴极制造过程中的增条额外步骤。

Nano One表示，铌涂层保护阴极免受有害副反应的影响，否则会导致性能快速下降。总而言之，One-Pot工艺简化步骤，并消除了浪费的副产品，同时可以使阴极寿命更长、性能更好。

材料兼容性

目前，有两种阴极活性材料用于锂离子电池。最常见的是锂、镍、锰、钴锂化过渡金属氧化物，被称为NMC。

另一种活性材料是磷酸铁锂，使用范围较少，其中包含锂、铁与磷，被称为LFP。研究人员表示，这种活性材料很可能会得到更广泛的应用，因为与镍钴锰电池中使用的金属相比，铁的成本更低，供应链受限更少，使用这种材料的阴极也更加安全耐用。

然而，磷酸铁锂基阴极的其中一个缺点是它们不能像镍锰钴氧化物一样导电，这一特性对电池内部的功能是至关重要的。然而，他们表示，科学人员通过用导电碳涂层来解决这个问题，成为了这种阴极的标准。

研究人员认为镍锰钴阴极将成为长途电动汽车应用的标准，而那些使用磷酸铁锂的将更适合工业、可再生能源储存以及大众市场短距离和中长距离城市车辆中更重负荷、成本敏感的应用。Nano One认为One-Pot工艺可适用于这两种类型的阴极。

Nano One目前正在大规模扩展北美、欧洲以及其他新兴国家的商业化平台。该公司正在收购Johnson Matthey Battery Materials Canada，并宣布与Rio Tinto和巴斯夫合作。最近，该公司从加拿大可持续发展技术(SDTC)和不列颠哥伦比亚省创新清洁能源(BC-ICE)基金获得了180万加元的资金，用于该技术发展的第四个也是最后一个里程碑。

正极设计

正极材料性能参数比较

降低CO/Mn比，直接降低成本

降低CO/Ni比，提升比容量，降低材料成本的双优势

三元材料的构效关系:

1、增加Ni的含量，能够提高容量;；

2、增加Co的含量，能够提高倍率性能，降低DCR和抑制DCR增长；

3、增加Mn的含量，能够起到稳定结构的作用。

镍钴锰NCM三元材料

Ni含量越高，钴含量降低，颗粒降解越迅速!

掺杂--NCMA显著抑制电池极化

包覆ZrO2

掺混

,