鋰離子電池兩種知名的正極材料，鎳鈷錳三元材料和磷酸鐵鋰常被業內人士進行對比，有時甚至上升到“對決”的關係。然而，筆者近日發現一篇極具獨創性的文獻，其中研究的是鎳鈷錳三元材料和磷酸鐵鋰複合之後的性能。這兩者的“複合”效果會咋樣呢？在揭開謎底之前，我們首先來了解一下作者。這篇發表在《電源技術》上的文獻作者是防化研究院的周智勇、張鬆通、邱景義等五位。防化研究院是中國人民解放軍唯一的防化裝備綜合性科研機構。周智勇博士的研究方向為鋰離子電池集成，而這五位作者其中之一是楊裕生研究員，中國工程院院士。
該文獻選擇用物理方法對Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和LiFePO4進行復合，以期改善鋰離子電池的電化學性能。在設計的實驗中，分別將兩者以100∶0、70∶30、60∶40、50∶50、40∶60、30∶70、0∶100的質量比進行混合，球磨一定時間，混合均勻後與導電劑按照一定的比例進行混合，然後加入適量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)真空混料製漿，均勻塗覆於集流體鋁箔上，在真空乾燥箱中120℃乾燥24 h，製得正極極片。然後，在組裝完電池並對材料進行表徵之後，得出的結果分析如下；
材料的結構與形貌分析
兩種材料的結晶度良好，可形成理想的固溶體。
在均勻混合過程中，細小的、分散性較好的LiFePO4顆粒易於分佈到Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的顆粒縫隙之間，實現較好的填充效果，進而可增大電池中正極材料的填充量，有利於提高鋰離子電池的比能量。
不同配比的複合對電化學性能的影響
1、相對於單一的LiFePO4，兩者複合材料的放電容量有顯著的提升。
不同配比複合正極材料的循環曲線
2、隨著Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2質量分數的增加，複合材料的放電容量逐漸提高，且循環性能也優於單一材料。
3、當Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和LiFePO4的質量比為7∶3時製備的複合電極5次循環伏安(CV)曲線的重合度最高，說明此時複合材料的極化程度是所有配比裡最小的。
不同配比複合正極材料的 CV 曲線
4、當Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和LiFePO4的質量比為7∶3時所製備的複合電極相對於其他的配比應會表現出更好的循環性能。
不同配比複合正極材料的交流阻抗圖
5、當Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和LiFePO4質量比為7∶3時電池的初始放電比容量為150.7mAh/g，循環60次後的放電比容量為147.6 mAh/g，容量保持率達到97.96%；平均工作電壓為3.72 V(vs.Li+/Li)，顯著高於LiFePO4的3.40 V(vs.Li+/Li)的放電電壓平臺。
小結
通過鎳鈷錳三元材料與磷酸鐵鋰兩種材料的複合，電極反應過程中電荷傳遞的電阻得到了改善，電池的比能量得到了較好的保持，循環穩定性也有了一定的提高。
最後提一點，筆者之所以判斷該文獻“極具獨創性”，一是因為其參考文獻全部源自國外，再者，筆者查閱了幾乎所有的中文文獻數據庫都沒有找到相關題目的其它文獻。另外，在該文獻發表一年多之後，北京某知名鋰電池企業就“鎳鈷錳—磷酸鐵鋰複合正極材料”申請了發明專利。如果有需要詳細瞭解該文獻及專利的朋友，可以在中國粉體網微信公眾號（ID：cnpowder）後臺留言。
參考文獻
周智勇，張鬆通，邱景義，等．鎳鈷錳三元材料—磷酸鐵鋰複合及性能研究［J］．電源技術，2016，40(11): 2107-2109．
閱讀更多 中國粉體網 的文章
