湖南丰化材料发展有限公司

氟化镍在锂离子电池正极材料中的应用

2025-11-19

氟化镍（主要为稳定的二氟化镍 NiF₂）凭借独特的化学与晶体特性，在锂离子电池正极材料领域主要有两类核心应用：一是作为高镍正极材料的关键前驱体，二是经改性后直接作为正极活性材料使用，同时在提升电池相关性能方面也有辅助作用，以下是具体介绍：

充当高镍正极材料前驱体
氟化镍是合成镍锰酸锂（LMNO）、镍钴铝酸锂（NCA）等高镍系正极材料的重要前驱体。这些高镍材料因高比容量、良好循环稳定性，是电动汽车、大型储能系统等领域下一代锂离子电池的核心候选正极材料。其应用原理是将氟化镍与钴、锰、铝等金属的氧化物或氢氧化物按特定比例混合，经共热处理后，通过调控晶体生长过程，形成具备优异电化学性能的复合正极材料。这种复合正极材料能显著提升锂离子电池的能量密度，契合高续航、长寿命的电池应用需求。
经改性后作为正极活性材料
纯氟化镍禁带宽度达 6.5eV，导电性差、充放电时体积变化较大，直接作为正极材料存在循环稳定性差、放电效率低等问题。通过多种改性手段优化后，它可作为正极活性材料发挥良好性能，常见改性方式及应用效果如下：
- 碳复合改性：这是主流改性方向。例如有研究以聚乙烯吡咯烷酮为碳源，通过油浴加热、磁力搅拌及碳化处理，制备出氟化镍 / 碳（NiF₂/C）复合材料。碳层不仅能改善氟化镍颗粒间的电接触，提供稳定的反应界面，还能在高温下抑制晶粒生长，缓解其与电解质的溶浸问题。其中低碳含量的 NiF₂/C 复合材料在低电流密度、高温环境下，展现出更高的放电电压平台和比容量，适配热电池等特殊场景的高温放电需求。
- 纳米结构设计：将氟化镍制备成多孔结构、纳米线或核壳结构等纳米形态，可大幅提升比表面积，增强电解液浸润性与锂离子传输效率，进而提高反应活性和充放电速率。比如多孔纳米氟化镍能缩短锂离子迁移路径，让电池在快充场景下仍保持较好性能，同时纳米结构还能缓冲充放电时的体积变化，提升结构稳定性。
- 元素掺杂改性：向氟化镍晶格中掺杂钴、锰等金属元素，可调整其电子结构与晶体结构，减少晶格缺陷，提升电导率与结构稳定性。掺杂后的氟化镍材料，离子与电子传导能力增强，充放电过程中晶格结构不易崩塌，有效解决了纯氟化镍循环寿命短的问题，适配长循环需求的锂离子电池场景。
- 表面包覆改性：在氟化镍表面包覆氧化物、磷酸盐等物质形成保护膜。该包覆层能隔绝氟化镍与电解液的直接接触，减少副反应发生，同时提升材料热稳定性，降低电池热失控风险。例如包覆氧化铝后，氟化镍正极在多次充放电循环后，容量衰减率显著降低，且高温环境下的安全性大幅提升。
辅助提升电池安全性相关应用
氟化镍还能通过间接方式助力锂离子电池正极侧的安全性优化。一方面，其可参与氟化物固态电解质的制备，氟化镍与其他氟化物形成的固溶体，可作为固态电解质组成部分用于全固态锂电池。这类固态电池能规避传统液态电解液漏液、易燃等风险，搭配高镍正极材料时，可进一步构建高安全、高能量密度的电池体系。另一方面，在锂金属电池中，氟化镍经 NF₃等离子体处理形成的亲锂涂层，可引导锂离子均匀沉积，抑制锂枝晶生长，该思路同样可迁移应用于锂离子电池正极与电解液的界面优化，减少因界面不稳定引发的安全隐患，间接保障正极材料性能稳定发挥。