综述：高性能LiNixMnyCo1-x-yO2正极材料中富镍Me(OH)2前驱体共沉淀法制备研究

这篇综述系统阐述了共沉淀法制备镍钴锰氢氧化物（Me(OH)2）前驱体的反应机理与工艺优化，重点分析了pH值、NH3浓度等参数对NCM三元正极材料形貌、结晶度和电化学性能的影响，为高能量密度锂离子电池（LIBs）的开发提供了理论指导。

　　

高性能NCM正极前驱体的共沉淀制备机制

引言

随着电动汽车（EVs）对高能量密度储能需求的增长，层状LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂（NCM）正极材料因其理论容量>250 mAh g^?1成为研究热点。其中，前驱体Me(OH)₂的结晶特性直接决定NCM的最终性能，而共沉淀法因其可控制备球形颗粒、高振实密度等优势成为工业化首选。

反应器模型与结晶动力学

实验室规模通常采用间歇式搅拌反应器（BSTR），而工业级连续搅拌反应器（CSTR）需解决温度分布不均等问题。改良的高剪切反应器（图3c）通过增强混合效率，可合成比表面积1.72 m² g^?1的层级结构前驱体。结晶过程分为三阶段：1）晶核快速形成；2）初级颗粒通过奥斯特瓦尔德熟化聚集；3）次级颗粒表面抛光致密化。pH>12时，OH^?浓度升高会加速成核，导致颗粒尺寸减小（图9c），而NH₃通过形成[Me(NH₃)_n]²⁺络合物延缓沉淀速率（表2）。

关键工艺参数

• pH与NH₃浓度：pH 10-12范围内，降低pH或增加NH₃浓度（0.4-4.0 mol L^?1）可促进初级颗粒沿[001]晶向生长（图7），形成径向排列的微结构（图16a）。

• 温度与时间：50-60°C反应温度可避免Mn²⁺氧化为Mn³⁺，24小时老化可使颗粒球形度提升至TD 2.15 g cm^?3（表5）。

• 搅拌速率：桨叶类型影响流场分布，螺旋桨式叶轮制备的前驱体振实密度达2.0 g mL^?1（图12d）。

性能优化策略

• 掺杂与包覆：Zr/Ti共掺杂可缓解单晶NCM的内部应力，使循环150次后容量保持率达88.5%（图17c）。

• 梯度设计：核壳结构（Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1@Ni_0.5M_0.5）通过外壳稳定层抑制电解液副反应。

未来展望

人工智能（AI）辅助参数调控、多元素高熵（HE）掺杂（如HE-SC-N88材料实现3500次循环80.6%容量保持）将是突破性能瓶颈的关键方向。通过反应器智能控制系统实时调节pH±0.02精度（图3c），有望实现前驱体合成工艺的精准闭环控制。