傳統(tǒng)的鋰離子電池一般采用鈷酸鋰材料作為正極材料，鈷酸鋰材料具有層狀結(jié)構(gòu)，其理論比容量為270mAh/g左右，但是當(dāng)鋰離子脫出超過50%時，會造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，引起鈷酸鋰材料的層狀結(jié)構(gòu)塌陷，因此為了保證鈷酸鋰材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，一般將鈷酸鋰材料的容量限定在140mAh/g左右，也就是將工作電壓控制在4.2V左右。
近年來隨著鋰離子電池的能量密度的持續(xù)提升，傳統(tǒng)的鈷酸鋰材料已經(jīng)無法滿足高比能鋰離子電池的需求，加之鈷是一種戰(zhàn)略金屬，價格較高，也限制了鈷酸鋰材料在動力電池領(lǐng)域的應(yīng)用。
為了解決鈷酸鋰材料容量低、價格高的問題，人們開發(fā)出了富鋰材料。富鋰材料具有固溶體結(jié)構(gòu)，比容量可達300mAh/g，并且由于大量采用了價格低廉的Mn元素，極大的降低了富鋰材料的成本，是一種十分具有希望的新一代鋰離子電池正極材料。
但是富鋰材料也存在著自身固有的問題，例如倍率性能差、循環(huán)性能差和電壓衰降等，只有解決這些問題，才能讓廣大的電動汽車廠商接受和采用富鋰材料動力電池。
為了解決上述問題，北京交通大學(xué)的Linjing Zhang等人開發(fā)了一種兩步水熱法合成高倍率性能納米富鋰材料，該材料具有良好的循環(huán)性能和倍率性能，1C倍率下比容量可達238.7mAh/g，10C的倍率下，比容量仍然可達182.7mAh/g。
Linjing Zhang利用兩步水熱法合成了Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料，該方法主要包含兩個步驟，第一步利用葡萄糖在180℃下水熱法合成碳微球，作為第二部模板。在第二步水熱法合成過程中，以Ni和Mn的醋酸鹽作為原料，在450℃下合成富鋰材料，通過在其中添加不同的數(shù)量的第一步過程所合成的碳微球來改善富鋰材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的形貌結(jié)構(gòu)，這些添加的碳微球模板在后續(xù)的燒結(jié)過程中會發(fā)生分解，從而不會殘存碳材料。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳微球的添加量過少時，反而會造成富鋰材料的納米顆粒發(fā)生團聚，而碳微球過多時則會造成材料的顆粒過于松散，添加10wt%碳微球的富鋰材料具有最好的循環(huán)性能、倍率性能和最少電壓衰降。
電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，添加10%碳微球的富鋰材料表現(xiàn)出了最好的循環(huán)性能，電池在2.0-4.8V之間循環(huán)，電流密度為25mA/g，50次循環(huán)的容量保持了為92%，電壓衰降為4.1%。在倍率測試中發(fā)現(xiàn)該材料還具有良好的倍率性能，在1C、2C、5C和10C的倍率下，該材料的放電容量分別為238.7，219.3，204.8和182.7mAh/g。
形貌調(diào)整是改善正極材料性能的有效方法，通過減小活性物質(zhì)顆粒的粒徑可以顯著的降低Li+的擴散路徑，改善擴散動力學(xué)特征，但是材料顆粒的粒徑過小也會造成熱穩(wěn)定降低，顆粒團聚和副反應(yīng)增加等問題，因此正極材料形貌的調(diào)整需要考慮諸多因素的影響。 
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