高镍正极材料微裂纹诱导容量衰减的应对策略研究进展

李想，葛武杰，马先果，彭工厂

（1 河南科技大学化工与制药学院，河南洛阳 471000；2 贵州理工学院化学工程学院，贵州贵阳 550003；3 中国科学院成都有机化学有限公司，四川成都 610041）

锂离子电池镍基三元正极材料容量高、价廉、环境友好，近年来受到广泛关注。随着新能源汽车的迅猛发展，行业对动力锂离子电池提出了更高的要求，一方面是提高能量密度，另一方面是降低成本。由于钴资源的稀缺，科研院所和企业都将眼光瞄准了钴含量低、镍含量高的正极材料，“高镍低钴化”成为近年来锂离子电池行业的重要关注点和发展趋势。

常规三元正极材料，由沉淀工艺过程决定了其形貌主要是由一次颗粒堆叠形成的二次球形颗粒[图1(a)]。球形颗粒的流动性好，易于破碎和加工，然而存在较多问题：①高能量密度的电芯要求正极材料具有高压实密度，球形颗粒在高压下容易破碎，产生较多细小颗粒，增大比表面积，加剧副反应，造成电池电化学性能下降；②在较高充电电压或长循环过程中，各向异性膨胀会产生大量的晶间/晶内开裂，导致活性物质之间失去连接，锂离子传输通道被部分阻断，电池电阻急剧增大，有的甚至出现内部空洞，随着镍含量的提高，球形颗粒的各向异性体积变化更加剧烈；③电解液渗入晶间裂纹催化产生副反应，导致活性物质相变反应加剧，产气严重。本文作者课题组已较详细地分析了影响高镍正极材料容量衰减的机械应力因素和界面化学因素。随着研究的不断深入，目前普遍认为结晶良好的高镍层状正极材料本体的化学稳定性较好，而机械应力因素诱发的一系列副反应是导致容量大幅度衰减的首要因素。

近年来，研究者针对这一问题的解决方案进行了深入探索，获得众多有参考价值的结果。本文较为系统地总结了近年针对机械应力因素诱发容量衰减的应对策略的研究进展，希望为高镍正极材料在动力电池领域的广泛应用提供一些参考。

1 填隙包覆法

大部分包覆手段都在球形颗粒外表面进行，循环过程中裂纹逐渐产生并延伸到材料内部，表面包覆层逐渐丧失保护作用，为缓解由于体积膨胀效应带来的问题，包覆手段不断改进，研究者们开始尝试对高镍正极材料进行填隙包覆处理，即晶界包覆，确保由于开裂导致电解液浸入后体相材料结构的破坏降到最小。

Kim等首先将乙酸钴和乙酸锂完全溶解于无水乙醇溶液中，随后加入LiNiCoMnO（NCM622）粉末，在70℃加热条件下充分搅拌直至溶液完全蒸发，通过高温烧结获得填隙包覆LiCoO的NCM622材料。其特点在于利用NCM622晶界间微孔，长时间搅拌并配合蒸发使得乙酸盐能充分渗入并吸附于一次颗粒晶界表面，同时不会破坏正极材料的形貌和晶体结构，如图1所示。实验发现处理后的一次颗粒表面NiO 层加厚，达10nm 左右，而原始材料则为1nm 左右。原始材料表面的Mn 呈现低价态（约为+2.67），而包覆材料中Mn 都处于+4 价态，这是由于O-Mn之间的电子云由O向Mn发生转移。表面稍厚的阳离子混排层、稳定的Mn可避免Jahn-Teller 效应进一步蔓延，稳定材料表面结构，而且Li的传输可通过o-t-o的路径（八面体-四面体-八面体）在较薄的NiO相中进行，从而保障了容量的发挥。进一步研究发现，未包覆材料在高温下结构迅速转变为类岩盐相，而包覆后的材料会先向过渡态类尖晶石相转变，前者氧析出程度更大，说明了晶界包覆层起到了良好的保护作用。

图1 填隙包覆法[7]

Du 等使用4-乙烯苯硼酸作为包覆剂改性LiNiCoAlO（NCA），同样采用无水乙醇作为溶剂，在60℃条件下将改性剂与NCA 混合搅拌直至溶剂完全挥发，并在相对较高的烧结温度下（600℃）煅烧3h，获得改性材料。研究发现NCA表面残余锂含量明显减少，进一步表征说明包覆物质与残余锂发生反应形成了包覆层。该方法不仅在二次颗粒表面形成紧致包覆层，还能沿材料微孔渗入对一次颗粒晶界进行包覆，包覆物质表现出类似“胶水”的黏结作用。改性材料容量并未出现明显下降，循环稳定性和高温稳定性都得到了明显提升，通过循环后对截面形貌进行表征发现改性材料开裂较原始材料明显减少，说明包覆层非常有效地抑制了微裂纹的产生及其诱导产生的容量衰减。

Yoon等选择CoB作为填隙包覆改性层，原因在于CoB不仅可以和金属氧化物中的氧反应，且包覆过程可以在室温下进行，另外其氧化过程受动力学限制不会大幅度破坏材料表面结构。实验将硝酸钴溶解于无水乙醇，然后加入一定量NaBH乙醇溶液，随后在氩气保护氛围下将LiNiCoMO（NCM811）加入混合搅拌，室温条件下反应2h后使用乙醇洗涤过滤，干燥后获得改性正极材料。进一步表征发现，CoB不仅完整地包裹了整个二次颗粒表面，还渗透进入了一次颗粒晶界。7电流、45℃条件下循环500 次容量保持率达到了95%。由于CoB与表面晶格氧的强相互作用，材料表面氧流失被大大抑制，因此获得了优秀的高温循环稳定性。

虽然液相法具有渗透性更好、包覆更均匀的优势，在填隙包覆中更为常见，但是液相法需要使用溶剂，不可避免地会引入微量的水分，对于对水分较为敏感的高镍正极材料具有一定的负面影响，且包覆工艺较为复杂，因此研究者尝试使用干法包覆对高镍正极材料进行改性。Yang 等利用磷酸钴（包含正磷酸盐和焦磷酸盐）与LiNiCoAlO晶界残碱发生反应并形成包覆层。他们也发现表面Ni 的价态降低，可能形成一层薄层类岩盐相起到保护作用。该方法的特色在于包覆后的产物会在化成阶段与HF 或痕量水反应产生附加保护层，并沿晶界不断蔓延包裹内部一次颗粒晶界（厚度约30nm），在后续循环中持续保护晶界避免更多过渡金属（transition metal，TM）溶出。60℃下循环200次后原始材料晶界表面混排层达70nm，而包覆后的材料混排层基本维持在最初形成的3nm左右，表现出优异的稳定性。晶界包覆后的材料裂纹的产生数量明显低于未处理材料。此方法为干法包覆且煅烧时间相对较短，就包覆方法本身而言属于普通表面包覆，其较佳的保护效果更多来自于衍生的附加填隙SEI保护层。

Yan 等采用两步法进行填隙包覆，首先使用原子层沉积法（ALD）在LiNiMnCoO表面包覆一层LiPO（LPO），随后再在高温下烧结，让非晶态的LPO 成熔融态并沿晶界渗入二次颗粒内部，包覆一次颗粒表面并有效地阻止循环过程中晶界开裂和相变的不断蔓延。这样的快离子导体固-固包覆界面类似于一种固态锂离子电池的界面，是一种非常理想的界面状态。他们同样发现表面混排层在烧结后加厚，合适的混排层对于相变进一步扩散蔓延具有有效的阻碍作用。另外，仅包覆就可有效阻止裂纹的产生也充分说明了裂纹的不断扩展大部分来源于电解液不断渗入并与活性物质反应引发的各种副反应的累积，而并非材料的本征膨胀（仅2%体积膨胀）所带来的。Cheng 等对于NCM811 采用相同方法进行填隙包覆，在2.7～4.7V电压范围内1/3（1=200mAh/g）循环200 次容量保持率仍有91%。该方法的特点在于利用了包覆物质熔点较低的特性，加速其在高温下的流动，并利用ALD 获得厚度极薄的包覆层，使其能够沿晶界向二次颗粒内部蔓延从而形成均匀填隙包覆层。

采用填隙包覆能产生较好的改进效果，其与表面包覆的最大区别在于该包覆方法可以全方位保护一次颗粒，尤其是当裂纹不可避免地在晶界处产生时，其可以保护一次颗粒晶界，避免其与电解液直接接触产生惰性相，然而该方法也存在一定问题。包覆物质的晶格常数如与层状结构匹配度差异过大，则会导致包覆层由于体积膨胀而从晶界处断开，形成晶面与晶面间的杂相，并未起到保护作用；另外，晶界包覆会诱导一次颗粒表面产生薄层类岩盐相，有理论计算研究表明Li—Ni—O存在多种相态，其中存在部分相态既能有效传导锂离子，又属于岩盐结构，且可以稳定存在，因此可以对表面或晶界起到稳定的作用，然而过多的岩盐相存在于表面会阻碍锂离子的传输，增大电极阻抗，因此对改性剂使用量和工艺条件的要求更加苛刻。填隙包覆采用的技术方法与表面包覆类似，然而其对包覆剂种类和包覆工艺的要求较为严格，如需确保包覆剂能在制备过程中沿晶界有效渗入球形颗粒内部，并能与正极材料形成较为稳固的连接；包覆产物需具备一定的韧性，确保在反复应力作用下自身不轻易碎裂；包覆物质需具备较好的锂离子传导性能和导电性。

2 径向有序合成

常规球形高镍正极材料的一次颗粒的堆积方式是随机的，表面暴露晶面的方向也是随机的，对于锂离子的传输有较大的影响，呈现出曲折的传输路径，降低了传输效率。同时，因此而产生的各向异性体积变化带来裂纹产生及一系列副反应，促使高镍正极材料相变反应加剧和导电性恶化，导致容量迅速衰减。研究者们尝试控制一次颗粒的生长方向以及堆积方式，设计合成一次颗粒呈径向有序排列的轮辐状结构，调整体积膨胀收缩的方向，从而能够一定程度上缓解开裂，提高材料的循环寿命。另外，{010}晶面族为层状材料锂离子通道，包含(010)、(0-10)、(100)、(110)、(1-10)和(-110)，垂直于{001}晶面族，后者包括了(003)晶面，所以表面为{010}晶面族的正极材料实际上也是呈径向有序结构，由于一次颗粒呈条状，锂离子通道有很大一部分沿轴向分布，极大便利了锂离子的传输，减小了充放电阻抗，可获得优异的倍率性能。

本质上表面晶面的生长方向与前体在反应体系中成型时的表面能直接相关，而成品材料的晶面生长在很大程度上会保留前体的原有状态，因此可以通过调节前体反应体系的环境来控制其表面晶面的生长方向，从而达到控制成品材料一次颗粒径向生长的目的。Wang 等以Ni 和Co 的硝酸盐作为原料，采用PVP 作为表面活性剂和模板，以乙醇和水的混合溶液为溶剂，利用溶剂热法合成了{010}晶面族暴露的花瓣状NC 前体，并在后续混锂过程中加入氢氧化铝，高温烧结获得NCA 成品。成品材料表面晶面继承了前体的径向分布状态，获得了较好的循环和倍率性能。Su等控制前体合成过程pH=11.5，改变氨水的浓度并研究其对一次颗粒生长状态的影响，发现高氨水（NH∶TM=1∶1）和低氨水（NH∶TM=0.5∶1）浓度条件下合成的NCM811表面暴露的{010}晶面比例有较大差别，前者获得的一次颗粒表面{010}晶面比例更高。高氨水浓度条件获得的NCM811也获得了明显提升的倍率性能和循环稳定性。Xu 等进一步提高前体合成过程中氨水的浓度（NH∶TM=2∶1），同样获得了径向有序生长的NCM811正极材料，有效地抑制循环过程中NCM811 的体积膨胀带来的应力应变，获得了优异的循环稳定性和倍率性能，300次循环结构没有发现明显的结构破坏，如图2(a)、(b)所示。Yang 等通过调控pH 获得了径向有序生长的NCM622正极材料，实验发现在高氨水浓度条件下（摩尔比NH∶TM=3∶1）控制pH为10.5时，一次颗粒呈现径向生长，晶胞轴或(003)晶面沿轴向排列，这样的形貌带来了较好的倍率性能和容量保持率，而当pH 再提高时，一次颗粒的晶面生长方向则变得随机而无规律。通过以上研究可以发现，共沉淀反应过程pH 和氨水浓度对一次颗粒的生长方向有一定的交互影响作用，为了获得径向生长一次颗粒，当氨水浓度较低时需要提高pH，当氨水浓度较高时需要适当降低pH。然而，pH越高一次颗粒尺寸越小，相反则尺寸较大。值得注意的是，过高氨水浓度不可避免地会造成过渡金属由于过渡络合无法完全反应而造成偏离设定的计量比以及原料浪费，因此需要合理控制氨水浓度以达到既满足径向调控的需求又能保证前体满足设定计量比。

图2 径向有序材料

Du 等通过在合成前体的过程中线性调节氨水的浓度，获得了径向有序生长的NCM811正极材料，0.2下2.8～4.6V 循环150 次，容量保持率为85%。10下2.8～4.6V 放电比容量仍有143mAh/g，且在该倍率下循环300 次容量保持率达80%。他们深入研究发现，径向有序NCM811在充放电时H1→H2相转变在二次颗粒内部是不同步的，一次颗粒在一个维度上较长，可能导致缺锂状态在一次颗粒两端程度不同，存在明显的相态转变滞后现象，这样有利于缓解较快相态变化带来的剧烈的应力变化。相对而言，普通NCM811一次颗粒由于三个维度上尺寸都较小且比较接近，所以相态变化相对同步，但是当电流小至0.02时，也出现了相态分裂现象，一方面说明了相态变化不同步与材料的尺寸、形貌有直接关系，另一方面说明材料内部的锂离子浓度梯度对于缓解应力有一定帮助。

Sun课题组在研究径向有序高镍正极材料方面的研究工作很多。早期的研究中，他们使用浓度梯度法控制Mn 元素的浓度不变，线性调整Ni 和Co的浓度，获得内核为LiNiCoMnO、外壳为LiNiCoMnO的浓度梯度材料，镍和钴由外到内分别逐渐增加和减少。这样的合成方法意外地获得内核为等轴颗粒（约200nm）、外圈包裹棒状颗粒（长轴约2μm、短轴约100nm）的正极材料。得益于较长的长轴，浓度梯度在高温烧结过程中被保留下来。晶胞轴或(003)晶面沿轴向生长，锂离子传输通道暴露于材料表面，为锂离子的快速扩散提供了便利条件。当整个合成过程过渡金属浓度恒定时，一次颗粒的形貌为等轴晶体且晶面方向随机，所以他们认为一次颗粒形貌的变化是过渡金属的饱和度变化引起的。该材料表现出优良的循环性能、倍率性能和高温稳定性，0.1（1=180mAh/g）下2.7～4.5V 放电比容量为206mAh/g，0.5电流55℃下循环100次容量保持率为91%。为了最大化纳米棒状结构的比例从而减少晶界数量，他们进一步优化工艺，将Ni 和Co 的质量分数变化范围分别调整为75%～55%和0～20%（由内向外），获得了比表面积更小的径向有序正极材料，表现出优良的稳定性，室温1电流3.0～4.4V 循环2500 次容量保持率为80%左右。然而，由于存在浓度梯度，该类材料在(003)方向上晶胞参数存在一定程度的错配，可能导致在径向方向上锂离子扩散系数的不均匀性，其影响暂不清楚。

Sun团队进一步研究发现，对LiNiCoMnO掺杂硼元素能调控材料的表面能从而诱导表面生成特定取向的晶面，随着硼的掺入量增加，一次颗粒变薄变窄，由等轴块状变为长条状，且沿径向紧密排列。通过选区电子衍射进一步证实，晶胞轴与径向方向平行，而轴正好是锂离子传输的通道{010}晶面族。他们采用理论计算作了深入分析，发现在表面富锂的情况下(003)晶面能稳定存在，而在高镍正极制备过程中，晶界往往浸泡在过量的熔融Li 盐中，这可以解释在硼元素存在的作用下(003)晶面沿径向生长的现象。实验发现硼掺杂并没有明显减小循环过程中晶胞的膨胀收缩程度，但其方向比较有规律且均匀，使应力被吸收而不会在晶界累积，也因此使得H2→H3 相变的可逆性变高。对该掺杂材料进行高电压长循环测试，几乎没有发现内部裂纹，表现出优异的循环稳定性。他们还研究了硼元素掺杂LiNiCoAlO，获得了相似的结果。为了充分说明硼元素掺杂在循环过程中起到缓解应力的作用，他们采用了XRD 结合有限元模拟的方法绘制了材料在充放电过程中应力的变化图谱，可以非常直观地看出径向有序材料在深度充放电过程中整个材料内部高应力分布区域面积一直保持较小，而普通材料则很快呈现出大面积高应力状态，如图2(c)～(e)所示。采用ptychographic-软X射线结合X射线吸收光谱分析可以直观地观察到长循环后普通材料内的所有一次颗粒几乎都被厚厚岩盐相包裹，而径向有序材料仅仅只有很薄的一层岩盐相，这表明径向有序材料的表面结构没有受到大程度的破坏，表现出优异的可逆性，在100%充放电深度条件下1000次循环容量保持率为83%，而普通材料仅有49%。他们团队还对LiNiCoO进行元素掺杂对比，发现Al 掺杂后一次颗粒为等轴晶，而B、W、Ta掺杂后一次颗粒均呈现条幅状结构，而W、Ta 掺杂获得的条幅状更细小，理论计算发现在较大尺寸离子掺杂后，(003)晶面表现出更低能量，更加稳定，从而呈现出类似的结构，然后由于其他晶面能量也在发生变化，所以棒装形貌也相应发生了变化。

通过以上文献分析，可以认识到调控一次颗粒的形貌可通过四种方式实现，分别是在前体合成过程中调节氨水浓度、加入表面活性剂诱导晶面生长、引入过渡金属浓度梯度以及掺杂改变晶面的表面能。这几种方法有一个共同的本质：通过改变不同晶面在特定合成条件下的表面能，从而使得特定晶面稳定存在。

Zhu 等通过深入分析LiNiCoMnO（NCM111）和LiNiCoMnO（NCM622）单晶颗粒在循环过程中的表面重构状态发现，层状三元正极材料表面的岩盐相的产生与表面的晶面方向有很大的关系，当表面晶面为锂离子迁移通道的晶面如(104)、(110)、(100)等时会更容易产生混排相。相反，对于非锂离子通道的晶面如(001)，在循环前后都处于较为稳定的状态，因锂离子的迁移在垂直该晶面方向存在较高能垒。径向有序设计轮辐状形貌在晶界处恰好是(001)晶面[对应(003)]，锂离子扩散能垒很高，但可有效抑制环形方向上相变的发生。另外，该形貌虽无法彻底消除应力应变，但能调整应力应变的方向，可以缓解应力应变的不断累积，有效阻止裂纹的不断蔓延，很大程度避免了更多裂纹的产生，阻止电解液的进入和对晶界的腐蚀，可以保证晶界具有较好的完整性，从而提升材料的循环性能。

然而，较高比例的(001)晶面会降低锂离子的传输“带宽”，但由于较优化的传输路径，也一定程度弥补了这一缺陷，综合性能得到了保证。完美的轮辐状结构要求一次颗粒在球形中心呈现针尖状，这是很难实现的，往往球形颗粒靠近核心处大部分一次颗粒仍呈现晶面随机分布的等轴状晶体。通过优化烧结工艺参数如烧结温度和烧结时间，可以进一步控制一次颗粒的尺寸和长径比，从而进一步优化电化学性能。

3 采用高镍单晶正极材料

无论是填隙包覆还是一次颗粒径向有序合成，都是基于二次球状颗粒的改进策略，研究发现，单晶正极材料具有很多二次球形颗粒不具备的优势，包括：①机械强度大，压实密度大，不易压碎；②很少存在各向异性膨胀所带来的晶间开裂；③表面光滑，能与导电剂充分接触；④比表面积较小。因此，单晶正极材料成为当下正极材料研究的热点之一，而高容量的镍基单晶正极材料的研究更是值得关注的热点，因为随着三元正极材料当中镍含量的提高，二次球形颗粒内的各向异性膨胀越加严重，表面副反应更剧烈。通过制备高镍单晶正极从根源上可以避免二次球状颗粒的复杂晶界环境带来的副反应，是目前最为有效的球形颗粒体积膨胀应对策略之一，如图3所示。

图3 单晶正极的电化学和界面稳定性[29]

大量研究表明单晶高镍正极材料的循环稳定性明显优于多晶正极，然而当截止电压大于4.2V时，单晶颗粒表面出现明显晶面滑移痕迹[如图4(a)～(c)]，当截止电压高于4.3V 时，单晶颗粒表面出现明显的微裂纹。值得注意的是，该晶面剪切过程在充电过程产生，而放电后颗粒边界的台阶消失，晶体表面基本恢复原始状态，只留下微弱的痕迹。该过程不影响材料晶格的长程有序性，所以属于“晶格不变剪切”。研究者使用圆柱状模型对应力演化进行了模拟，结果表明在充电过程中轴向和切向应力集中于单晶表面，导致了裂纹垂直于(003)晶面展开。这一现象实际上在多晶正极材料内同样存在，属于高镍正极材料的本征特性，只是埋藏在晶界中不易被发现，单晶正极为揭示这一现象提供了条件。高镍单晶正极具有作为高电压正极的应用前景，但目前仍无法完全避免其本征体积效应造成的结构破坏和容量衰减。

图4 不同电荷截止电位下200次循环后单晶的SEM图[30]与循环后单晶NMC76结构演变的示意图

单晶裂纹的产生来自于应力的累积，其中高镍正极本征体积膨胀效应是应力的主要来源，H2→H3 的相变过程被认为对体积变化的贡献最大。通过掺杂电化学惰性离子能有效抑制H2→H3 相变，如Mg可优先进入Li 位对Li 层起到支撑作用并在循环过程中抑制H2→H3 相变，减弱体积膨胀。Ti进入过渡金属位后促使氧的电荷向过渡金属层转移，降低电化学过程中O-Li-O 层的变化程度，从而减弱了体积效应，抑制了H2→H3 相变。Zr可以同时进入Li 位和过渡金属位，进入Li位可以起到支撑作用，而进入过渡金属位可以增强过渡金属与氧的键合，减小Li 层在电化学循环过程中的变化幅度，从而抑制了体积变化。

除了晶格膨胀收缩产生的本征应力，材料内部的结晶完善度不高也会加速裂纹的产生。在合成过程中单晶存在一定的缺陷，如位错或孪晶界，导致氧原子处于非常特殊的不稳定配位状态，相变活化能较低，容易产生相变，造成位错处或孪晶界应力累积产生裂纹。因此，提升高镍单晶的结晶完善度对进一步提升其高电压稳定性具有重要意义。目前高镍单晶的常规制备方法为球磨-固相烧结法，其中对高镍单晶结晶完善度影响最大的是烧结温度和Li/TM 比值，适当提高温度和Li 盐的量有助于抑制Li/Ni 混排、提高单晶正极的层状完整性。然而，单晶的形成与充分生长需要较高温度，往往超过高镍正极材料的最佳煅烧温度，在此温度下层状结构容易发生坍塌，所以采用助熔剂降低离子的扩散能垒，促进材料在较低温度下结晶成型，有利于在较低烧结温度下提升高镍单晶的结晶完善度。例如，使用结构稳定的LiSO和过量LiOH （Li/TM=1.5） 制备单晶NCM622；采用熔点更低的LiNO作为锂源（253℃），让整个系统在较低温度下处于熔融状态，获得结晶完善度较高的单晶NCM811；还可以使用一些较为特殊的烧结助剂，如钨酸铵和钼酸铵以及它们的混合物，能获得具有更完善的层状结构的高镍单晶。高镍NCA 单晶的情况较为特殊，高温下材料内存在的Al 很容易形成LiAlO，提高Li 盐用量也会促进LiAlO的产生，导致产物硬度极高，极难破碎，且结晶完善性差。Li 等通过采用改进的两步烧结法来解决上述问题，成功合成了完善度较高的单晶LiNiCoAlO。第一步烧结锂盐配比小于1，但缺锂程度要尽可能地低，第二步加入LiOH 控制总的Li/TM 比值在1.01 或1.02，第一步所形成的LiAlO可以在第二步被反应掉，但是第二步的锂含量必须精确地控制。

本文将以上方法拟解决的关键问题、优缺点、典型技术手段和工艺参数等汇总于表1中。

表1 不同应对策略拟解决的关键问题、优缺点、技术手段和工艺参数汇总

4 结语

本文总结了对高镍正极微裂纹诱导容量衰减问题的应对策略。高镍正极材料的Li 脱出量更高，可用容量更高，应力应变变化更明显，在循环过程中更容易出现微裂纹，该效应及其诱发的一系列副反应是常规高镍正极颗粒循环过程容量衰减的首要因素。针对以上问题，研究者们通过对高镍材料进行填隙包覆处理、径向有序设计以及采用单晶正极材料，极大提高了其电化学稳定性。今后材料的研究重点是：①进一步掌握合成过程中晶面取向的形成机制，这会为优化表面晶面的取向以及对单晶晶面组成进行理性设计铺平道路；②有效地将包覆物质均匀传输至晶界处以及在高温合成过程中其与基体或晶界的作用机制，从而获得性能优良均匀改性的晶界；③更精确地控制晶面的生长和条幅状一次颗粒的取向，进一步优化一次颗粒的长径比；④在较低烧结温度条件下和较短时间内使用尽可能少地烧结助剂获得结晶完善的高镍单晶。上述关键科学问题和技术手段的突破有助于进一步改善高镍正极材料的电化学稳定性，从而为其在动力电池领域的应用提供理论依据和技术基础。