张诗永
山东衡远新能源科技有限公司 273500
摘要：与液态电解质相较，固态电解质具备更宽工作电位窗口，所以可应用高电压正极材料，获取高能量密度，实现电池大容量目标。尖晶石、三元复合材料、富锂锰基正极材料均具备高电压特性，成为全固态锂离子电池最佳正极材料。本文就高电压正极材料在全固态锂离子电池应用进行分析。
关键词：全固态锂离子电池；高电压正极材料；应用
目前已开发固态电池，其正极材料多用于、等材料，取得较佳成绩，但当前面临最主要问题为，正极材料与固态电解质匹配性较低，且应用界面稳定性难以保证，所以需加大新型固态电解质研究力度，使固态电解质与正极材料有效融合。
一、尖晶石正极材料在全固态锂离子电池中应用分析
1、尖晶石结构及性能
对尖晶石而言，其成本较为低廉，且拥有较好安全性及高密度，虽然其电压平台为4.1V，但因自身存在，材料充放电进程中使其从立方转变为四方晶格，自身体积发生改变，使循环性能降低。
若在中加入一定含量过度金属离子，会相应产生，此种材料不仅含有4V电压平台，同时超过4.5V也会出现一个平台，其两电压均能与Mn离子发生氧化还原反应。该种材料具备容量及电压平台，与混入过度金属种类及含量息息相关，其中不存在氧化还原反应，仅在电压为4.7时会存在充放电平台，具备较强循环性能，据研究调查表明，其容量接近理论容量，具备优良倍率性能，作为全固态电池最佳正极材料之一，其存在空间群体可分为两种，主要因自身Ni离子分布存在差异。若想使其在全固态锂离子电池中发挥自身价值，首先需将电子电导速率予以改善，同时将其界面抗阻力予以提升，才能实现与固态电解质有效融合[1]。
2、改善尖晶石导电率研究分析
为将自身电化学性能予以展现，通过将制备工艺进行优化及改善，如制备纳米结构、离子掺杂、表面包覆等方式，切实将材料导电速率予以优化，提升自身容量，使其循环性能及倍率性能予以提升。就该材料电化学性能而言，部分研究学者采用溶胶凝胶法试验，获取其具备优良循环性能；部分研究人员通过混合盐用溶盐法，使其化学性能得以改善；还有部分研究人采用草酸盐沉淀法，表明其化学性能最佳，上述试验均表明，该种材料高倍率容量较大。纳米材料也在多个学者研究下，获得其扩散系统及电子电导率有效提升，且将化学性能予以改善。利用表面包覆方式，可将该种材料界面形式予以优化，同时提升其自身电子电导率
3、加强尖晶石界面稳定性研究
充放电平台为4.7V,对于普通电解液超过4.5V电压时，会发生氧化反应，低于1V会相应发生还原反应，也因该反应会在正极材料建立固体电解质界面膜，以此阻碍进一步反应。采用表面包覆，可将正极材料电化学性能切实提升，同时抑制电解质膜生成，成为解决正极材料界面重要途径。此外，也可通过该方式，将正极材料与固态电解质界面抗阻有效降低，使界面更具稳定性，促进正极材料与固态电解质高效融合。
4、尖晶石在全固态电池应用前景分析
尖晶石已成为开发研究固态正极材料之一，但因其循环性能较差，阻碍其广泛应用。而与其相较，具备高放电电压平台及倍率性能，成为全固态锂离子电池理想正极材料之一。
二、三元复合材料在全固态电池中应用探究
1、三元复合材料结构及性能
三元过渡金属复合物，其具备优良循环性能，且放电电压较宽，为全固态锂离子电池提供高能量密度，在当前商业化锂离子电池正极材料中应用广泛，但其仍存在部分缺陷，如在4.4V电压以上，其循环性能较差，若能将其予以改善，三元复合材料在全固态锂离子电池中，更具应用及推广优势。通过优化合成工艺、包覆、掺杂等，可将其电导率予以改善。
2、提升三元复合材料导电率分析
为切实提升三元复合材料电导率，优化其电化学性能，主要采用方法有制备工艺优化、掺杂、包覆等。其中就制备工艺优化而言，合成高电子电导率和锂离子电导率三元复合材料，提升电化学性能；离子掺杂可将晶胞参数予以变更，确保其具备良好稳定性，提升锂离子电导率及电子电导率；表面包覆可实现材料电子导电率，改善三元材料电化学性能。上述结果均在研究学者试下，获取相应可靠成果。
3、增强三元复合材料界面稳定性分析
若想增强三元复合材料界面稳定性，可从表面包覆、离子掺杂作为切入点，将其界面性质予以改善，增强界面稳定性。此外，也可通过将材料制成特殊结构，一定程度改善界面稳定性。其中表面包覆作为改善三元材料界面稳定性最有效措施，部分学者主要制备正极材料，表明其循环性能大幅度提升；而离子掺杂及制备特殊三元材料均可将三元材料界面性质予改善[2]。
4、三元复合材料在全固态电池应用前景
三元复合材料，拥有良好的循环性及安全性，通过采用各种改进措施，如制备工艺、掺杂、包覆等，将材料界面阻力降低，提升容量及循环稳定性，特别在高倍率及高电压条件下，其循环性能优势较为明显，更好应用于全固态电池中。其已成为当前商品化应用锂离子电池正极材料之一，若想全面应用固态锂离子电池中，需将其界面稳定性及电导率问题予以解决，随着对固态电解液研究力度不断增强，其全方位用于全固态锂离子电池中为必由之路。
三、富锂锰基正极材料在全固态锂离子电池中应用
1、富锂锰基正极材料结构及脱嵌原理
研究人员在改造传统材料性能时，发现在中加入部分Li和Mn,会产生一种新材料，即富锂锰基正极材料，其材料电压设置为4.6V以上，具有较高放电容量，其吸引固态电池眼球，其根据及按不同比例组成，该材料在充放电进程中，会相应析出,致使其安全性能及界面稳定性难以保证，若想实现该材料有效应用于全固态锂离子电池中，需将其电子电导率及离子导电率予以提升，将其循环稳定性及界面性能优化，提高与固态电解质匹配度[3]。
2、富锂锰基正极材料导电率改善研究
富锂锰基正极材料，提升其电子电导率及锂离子电导率，与上述采用方法异曲同工工，主要存在制备工艺、离子掺杂、表面包覆、制备纳米结构的微粒等，实现电导率改善目标。首先，采用制备工艺可合成富锂材料，其拥有较高电子导电率及迁移系数，使其拥有良好的倍率性及循环稳定性；而离子掺杂实现其材料稳定性及化学性能，通过研究者采用Mo掺杂富锂锰材料，因较强Mo-O发生杂化同时，诱导Ni-O发生杂化，以此阻碍释放，使其电导率及扩散性得以改善。表面包覆也可实现电导率优化，如以包覆Li,其包覆层阻碍正极材料与电解液发生反应，改善电子电导率，提升电化学性能。
3、提升富锂锰基正极材料界面稳定性研究
采用表面包覆方式，提升富锂材料界面稳定性具有较佳成果，同时将电化学性能及安全性予以改善，如采用5%的进行包覆，在400下进行煅烧，使包覆材料容量及倍率均明显提升，而在500进行煅烧，其具有良好循环稳定性，主要成因为随着稳定不断升高，离子渗入材料能力不断增强，使材料循环稳定性更可靠。因此，利用具备较强嵌入作用离子，进行表面包覆可切实提升材料循环稳定性。
4、富锂锰基正极材料在全固态电池中应用展望
富锂锰基正极材料而言，其自身具有较高容量，成为锂离子电池研究核心内容，但其循环进程中存在结构不足及安全性问题，导致其难以发展应用。因此，应加强对其研究力度，通过现有改善措施，将其容量、安全、循环稳定性等予以改善，期待其在全固态电池中高效应用。
结束语
高电压正极材料，对全固态锂离子电池发展具有重要作用，上述主要针对三类正极材料结构、性能及存在不足予以分析，并将其在全固态锂离子电池中高效应用做以展望。尽管当前研究均建立于传统锂离子电池中，若想使正极材料更好应用于全固态电池中，需将正极材料进行优化及改善，选取科学固态电解质，提升锂离子电导率及界面稳定性，促进电动汽车及规模性储能稳定发展。
参考文献
[1]黄奠坤.浅谈锂离子电池正极材料[J].化学工程与装备,2019(6):260-261.
[2]程凯琳.锂离子电池正极材料的研究[J].化工设计通讯,2019,045(11):199-200.
[3]邵思远,徐昱.全固态薄膜锂离子电池[J].广东化工,2017(02):88-89.