综述：低钴高镍正极材料的改性：研究进展、作用机制及智能协同技术的未来发展方向

《Journal of Alloys and Compounds》：Modification of low-cobalt and high-nickel cathode materials: Research progress, mechanism of action and future path of intelligent collaborative technology

低钴高镍正极材料改性方法及其协同机制研究综述。通过元素掺杂、表面涂层、结构优化等策略改善材料热稳定性与循环性能，提出多维度协同改性、原位观测技术和大数据辅助设计为未来发展方向。

　　随着全球对清洁能源和可持续发展的需求不断增长，电动汽车（EVs）作为一种环保的交通工具，受到了广泛关注。电动汽车的普及依赖于高性能、低成本的电池技术，其中锂离子电池（LIBs）因其高能量密度、长循环寿命以及低自放电率等优势，成为现代电动汽车的核心能量存储系统。然而，传统锂离子电池正极材料仍面临诸多挑战，如LiCoO?虽然具有优异的电化学性能，但其依赖稀缺且昂贵的钴资源；LiMn?O?虽然成本较低，但存在安全性能不足的问题；LiFePO?虽然具有良好的安全性和热稳定性，但其电导率较低；而LiNiO?虽然具备较高的能量密度，但在循环过程中却容易发生容量衰减和结构不稳定，限制了其大规模应用。因此，开发具有低成本和高能量密度的低钴高镍正极材料成为锂离子电池领域的重要研究方向。

低钴高镍正极材料通常包括锂镍钴锰氧化物（NCM）和锂镍钴铝氧化物（NCA）等典型的三元层状材料。这些材料以镍为主要活性元素，提供了较高的比容量，同时钴用于调节晶体结构的稳定性，而锰或铝则通过抑制相变和增强氧稳定性来优化材料性能。随着镍含量的增加，材料的比容量和能量密度显著提升，例如NCM811和NCM90等高镍体系的比容量已突破200–220 mAh·g?1，远超低镍体系（如NCM333）的性能。然而，高镍材料的热稳定性较差，且由于其表面强氧化性，容易与电解液发生剧烈的界面副反应，导致颗粒腐蚀和容量快速衰减。这些固有的缺陷成为限制其应用的关键因素，促使研究人员探索多种材料改性策略，以提升其电化学性能和循环寿命。

为了应对这些挑战，近年来研究者提出了多种改性方法，包括元素掺杂、表面包覆、结构优化以及复合改性等。这些方法通过不同的机制改善低钴高镍正极材料的性能，如元素掺杂可以通过引入其他金属或非金属元素，改变材料的晶格结构和电子分布，从而增强其结构稳定性和电化学活性；表面包覆则通过在材料表面形成物理或化学屏障，减少电解液对材料的侵蚀，同时优化界面离子传输特性；结构优化则通过设计多孔结构或核壳结构，缩短锂离子的扩散路径，提高材料的倍率性能；而复合改性则是将多种改性方法结合，构建一个更加全面的材料增强体系。这些改性策略不仅提升了低钴高镍正极材料的性能，也为未来材料设计提供了新的思路。

尽管已有大量研究致力于提升低钴高镍正极材料的性能，但对这些改性方法的作用机制仍缺乏系统性的理解。当前的研究工作往往集中在单一改性方法的优化上，而忽略了不同方法之间的协同效应。事实上，单一改性方法可能在某些方面取得显著成效，但在其他方面仍存在局限性。例如，元素掺杂虽然能够增强材料的结构稳定性，但可能对材料的导电性产生不利影响；表面包覆虽然能够有效减少界面副反应，但可能增加材料的体积和质量，从而影响其能量密度。因此，为了实现材料性能的全面提升，需要将多种改性策略进行有机结合，形成一个多维度的材料增强系统。

此外，随着人工智能和大数据技术的发展，材料科学的研究方法也在不断革新。传统的材料设计和优化往往依赖于实验试错法，效率较低且成本较高。而基于大数据和人工智能的材料改性设计则能够通过分析大量实验数据和模拟结果，预测最佳的改性方案，并指导实验设计。这种数据驱动的材料研发方式不仅提高了研究效率，也为材料性能的进一步提升提供了新的可能性。同时，原位改性技术的发展也为材料研究带来了新的视角。原位改性是指在电池工作过程中对材料进行实时调整，以适应不同的充放电条件和环境变化。这种方法能够动态优化材料的性能，从而提高电池的整体效率和寿命。

综上所述，低钴高镍正极材料的开发与优化是一个多学科交叉的研究领域，涉及材料化学、电化学、物理化学以及人工智能等多个方向。当前的研究主要集中在如何通过多种改性策略提高材料的稳定性、导电性、循环寿命和安全性等方面。未来的研究趋势将更加注重多策略协同优化，以及基于人工智能和大数据的材料设计方法。通过这些创新手段，有望进一步突破低钴高镍正极材料的性能瓶颈，推动其在电动汽车和储能系统中的广泛应用。