高镍单晶正极材料由于具有较高的能量密度、热稳定性以及优异的循环稳定性，可有效解决电动汽车安全性和里程焦虑问题。目前最常用的单晶制备方法——固相烧结法和熔盐合成法存在成本高和环境污染的问题。

在固相烧结法中，高温煅烧会导致锂盐大量损失、晶粒严重团聚及Li⁺/Ni²⁺混排程度增加，进而影响单晶材料的电化学性能；而熔盐合成法则因额外阳离子的加入导致材料晶格结构的改变，且需对高浓度碱性盐水洗处理，造成较大能耗和污染问题。因此，亟需开发出更具实用性和经济性的高镍单晶材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂合成新工艺。

近日，青岛能源所绿色反应分离与过程强化技术中心提出了两种合成工艺简单、成本低廉的高镍单晶制备方法：一步低温烧结和变温烧结，两条工艺路线均无需水洗后处理且能够得到高分散性、高性能的单晶材料。

在一步低温烧结法中，研究团队通过优化锂化烧结温度（通常NCM811多晶锂化温度为750-850 °C）、回火温度和锂盐用量等工艺条件，制备出优于同类商业正极的高镍单晶材料。研究发现，当单晶NCM811正极材料中锂盐加入量为前驱体用量的1.1倍（摩尔比）时，无需加入过量锂盐补偿锂损失，从而降低成本。在高电压4.5 V条件下，材料经过5 C、200圈循环后的容量保持率高达75.1%，是同类商业单晶正极材料的4.34倍；在高电流密度下，材料在5 C和10 C的放电比容量分别达到171 mAh/g和149 mAh/g，较同类商业单晶正极高出44.9%和71.2%。

图1 一步低温烧结法制备单晶正极Al&Mg-NCM811的电化学性能

在变温烧结法中，研究团队采用LiNO₃、LiOH·H₂O和Li₂CO₃三种锂源，结合各自的熔点温度（252 ºC、462 ºC和723 ºC）和瞬时高温（900 ºC/5min）阶段，制备出了高性能、高分散性的单晶NCM811材料。该工艺路线中三种锂源的总量与前驱体的摩尔比为1.05: 1，锂源损耗显著降低。在高电压4.5 V下，最佳制备的单晶正极材料初始放电比容量为201.8 mAh/g，1 C、200圈循环后的容量保持率高达85.82%；在0.1 C电流密度下，放电比容量可达230 mAh/g。该工艺简单高效，有望成为规模化制备高性能单晶NCM811正极材料的理想方法。

图2 变温烧结法制备单晶正极Al&Mg-NCM811的电化学性能

相关研究成果分别发表在国际知名期刊Journal of Alloys and Compounds和Materials Today Energy上，王真真助理研究员和黄青山研究员为通讯作者。该工作获得了山东省自然科学青年基金、青岛能源所“分析技术开发”计划等项目的支持。(文/图 肖航)

原文链接一：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.174608

原文链接二：https://doi.org/10.1016/j.mtener.2025.102035

[1] Arif Rashid, Hang Xiao, Letian Zhang, Wei Xu, Zhenzhen Wang*, Qingshan Huang*. High voltage electrochemical performance of single crystal LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ cathode materials with Al-Mg dual doping. Journal of Alloys and Compounds, 2024, 992: 174608.

[2] Arif Rashid, Ru Li, Hang Xiao, Dongbin Qiao, Ping Li, Zhenzhen Wang*, Qingshan Huang*. Preparing single-crystal NCM811 cathodes with three lithium sources using a swing temperature control strategy. Materials Today Energy, 2025, 53: 102035.