為了滿足持續升高的電池能量密度的需求，正極材料從普通三元材料逐漸向高鎳三元材料進行過渡。目前我們說的高鎳材料重要分為兩類：NCM811和NCA材料，這兩種材料各有優缺點，我們在之前的文章《NCA和NCM誰更適合300Wh/kg高比能鋰離子電池？》一文中曾對兩種材料進行了比較，但是無論我們最終選用哪種材料都面對一個繞不開的問題，那就是這兩種材料對環境濕度非常敏感，在環境濕度較大的情況下，高鎳材料會發生吸水的問題，影響材料的電化學性能。

近日華南師范大學的YilongLin（第一作者）和WeishanLi（通訊作者）等人對NCA電極生產過程中環境濕度對電池電化學性能的影響進行了詳細的比較和分析，結果表明較大的環境濕度會引起電解液在NCA材料表面的分解加劇，導致NCA材料的容量發揮和庫倫效率大幅降低，同時倍率性能也收到很大的影響，因此NCA電極生產過程環境濕度的控制是保證電池性能的關鍵因素。

上圖為在不同的濕度環境下制備的NCA正極的熱重曲線，從圖中能夠看到在180℃以下時NCA電極幾乎沒有失重，表明真空干燥將絕大多數的吸附水除去，但是在繼續升高溫度后幾種電極就出現了明顯的差異，從圖中能夠看到在60%環境濕度下制備的NCA電極重量損失為6.32%，在40%環境濕度下制備的電極重量損失為4.88%，在20%環境濕度下制備的電極重量損失為4.72%，表明在高環境濕度下制備的NCA電極含有更多的結晶水。

下圖為在不同環境濕度條件下制備的NCA電極的首次充放電曲線和循環曲線，環境濕度對其首次充放電庫倫效率和容量發揮都有著非常大的影響，20%環境濕度制備的NCA電極的可逆容量達到179.1mAh/g，首次效率為84.9%，40%環境濕度下制備的NCA電極容量發揮為175mAh/g，首次效率為82.2%，而當環境濕度提高到60%以后，NCA電極的容量發揮僅為159.2mAh/g，首次庫倫效率也下降到了80.1%。同時我們從充放電曲線上還能夠發現，隨著環境濕度的增大，NCA電極的極化也在明顯新增，這一點能夠從充電電壓平臺的變化上發現，20%環境濕度制備的電極充電電壓平臺為3.68V，40%環境濕度制備的NCA電極充電電壓平臺為3.72V，60%環境濕度制備的NCA電極的充電電壓平臺為3.79V。

雖然制備電極時的環境濕度會對NCA材料的容量發揮和首次效率出現顯著的影響，但是卻對NCA材料的循環性能很輕微。從下圖b中能夠看到在20%、40%和60%環境濕度下制備的電極經過60次循環后其容量保持率分別為98.9%、98.6%和97.8%，三者之間的差別非常小。

為了分析環境濕度對NCA電極性能影響的原因，YilongLin采用EIS手段對在20%、60%環境濕度下制備的NCA電極的阻抗特性進行了分析（結果如下圖所示），從下圖中能夠看到EIS曲線是由高頻區的兩個半圓和低頻區的一條曲線組成。在經過首次充放電后，表征阻抗特性的高頻區半圓出現了兩種不同的變化趨勢，其中20%濕度下制備的NCA電極首次充放電后電極阻抗幾乎沒有新增，但是60%環境濕度下制備的NCA電極經過1次充放電后電極阻抗新增了50歐姆，這表明在低環境濕度和高環境濕度下制備的NCA電極的界面特性具有顯著的差別。

材料界面不穩定往往會導致電解液在材料表面分解加劇，從而導致電極表面的形貌變化，下圖為在20%和60%環境濕度下制備的NCA電極在首次充放電前后的SEM圖片，從圖中能夠看到在進行充放電之前NCA顆粒表面光滑，經過一次充放電后，20%環境濕度下制備的電極形貌基本上沒有發生大的改變，但是60%環境濕度下制備的NCA電極觀察到了大量的電解液分解產物，這重要是因為在較高的環境濕度下制備的NCA材料中含有較多的結晶水，引起電解液分解加劇。

XpS是分析電解液在電極表面分解產物的有效方法，下圖為在20%和60%環境濕度下制備的NCA電極在充放電前后的XpS圖譜，從圖中能夠看到NCA材料的XpS譜中重要包含有在529.3eV左右的M-O鍵，在531.7eV附近的Li2CO3，以及在687.2eV附近的pVDF。

從下圖中能夠看到在充放電之前，不同條件下制備的NCA電極的XpS譜非常接近，但是在經過一次充放電后就出現了明顯的差別，其中在60%環境濕度下制備的NCA電極在充放電后，出現了聚合物中的C=O雙鍵的峰，Li2CO3或者ROCO2Li峰強度明顯新增，M-O鍵的峰消失，同時我們還在684.5eV和686.8eV附近觀察到了兩個新的峰分別表征LiF和LixpOyFz，這都表明在首次充放電過程中電解液在NCA電極表面發生了顯著的分解反應，導致NCA電極被一層分解產物所覆蓋。而我們反觀在20%環境濕度下制備的NCA電極，電解液分解產物的峰就非常弱，表明低環境濕度下制備的NCA電極的界面穩定性更好。

大量的電解液分解產物會覆蓋在NCA電極的表面會阻礙界面的電荷交換，引起電池的倍率性能下降，下圖為扣式半電池測得的NCA電極的倍率性能，從圖中能夠看到在較低的環境濕度下制備的NCA電極的倍率性能要明顯好于在較高的濕度下制備的NCA電極。

總的來看較高的環境濕度會嚴重的影響NCA材料的電化學性能，其用途機理如下圖所示，較高的環境濕度下制備的NCA電極會在鋰離子電池中引入過多的H2O，引起充放電過程中電解液在電極表面的分解，大量的電解液分解產物覆蓋在NCA材料的表面，影響了材料的倍率性能，同時電解液分解出現的HF還會進一步對NCA腐蝕，引起過渡金屬元素的溶解，導致可逆容量的降低。

YilongLin的工作表明NCA材料關于生產過程中環境濕度的控制非常敏感，過高的環境濕度會導致NCA材料的電化學性能，特別是首次充放電庫倫效率、倍率性能和可逆容量的嚴重衰降，因此NCA材料在生產過程中要嚴格控制生產現場的環境濕度，減少NCA材料在生產過程中吸收的水分。