综述：高电压高能量密度锂离子电池正极材料的研究进展

这篇综述系统探讨了工作电压4.5-5.6 V、理论容量60.5-327.2 mAh/g的高压锂离子电池（LIB）正极材料，涵盖层状氧化物（LiCoO2）、尖晶石（LiMn2O4）和聚阴离子化合物（LiFePO4）等体系。通过表面包覆（Al2O3）、体相掺杂（Mg/Ti）和形态工程等策略提升材料稳定性，并指出电解液兼容性、阳离子混排和容量衰减仍是商业化瓶颈，为电动汽车（EV）和电网储能的高能量密度LIB开发提供重要参考。

　　

Abstract

高压高能量密度正极材料是推动锂离子电池（LIB）技术发展的核心，其工作电压范围达4.5-5.6 V，理论容量跨越60.5-327.2 mAh/g。最新研究表明，表面包覆（如Sm₂O₃）、体相掺杂（Al/Ti）和纳米结构设计可显著提升材料循环稳定性。计算模型的应用加速了新型材料如无序岩盐氧化物（Li_1.3Nb_0.3Mn_0.4O₂）的开发，但电解液分解和过渡金属迁移仍是实现商业化应用的重大挑战。

Introduction

LIB在电动汽车（EV）和电网储能中的广泛应用推动了对高压正极的需求。传统层状氧化物（如LiCoO₂）受限于热稳定性差和容量衰减，而富锂锰基氧化物（LRMs）虽具有高容量（>300 mAh/g），却面临氧释放和电压衰减问题。氟化电解液和固态电解质的发展为高压体系（>4.5 V）提供了新思路。

Classification of Materials

层状氧化物：LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）通过Al掺杂将电压提升至4.6 V，但Ni²⁺/Li⁺混排导致阻抗增加。
尖晶石：LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO）在4.7 V平台表现优异，但Mn溶解需通过表面钝化解决。
聚阴离子化合物：Li₃V₂(PO₄)₃（LVP）凭借稳定的PO₄^3-框架实现5 V操作，但导电性差需碳包覆改性。

Challenges and Future Direction

富锂材料（Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂）的阴离子氧化还原反应虽提供额外容量，却引发晶格氧流失。未来需开发杂化正极（如LiMnPO₄/石墨烯复合物）和人工智能辅助材料筛选，同时优化干法电极工艺以降低成本。

Conclusion

高压正极的发展将直接决定下一代LIB的能量密度上限。解决电解液-电极界面副反应和结构退化问题，是实现EV续航突破800公里的关键。无序岩盐和阴离子氧化还原体系或将成为未来十年的研究焦点。