论文部分内容阅读
富镍正极材料LiNixM1-xO2（M=Mn,Co,Al;x>0.6）具有较高的放电比容量以及较低的生物毒性,是下一代锂离子电池正极材料的核心。LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）的实际放电比容量可达200 m Ah/g,是目前最具竞争力的锂离子电池正极材料之一。然而,NCM811的循环性能、首次库伦效率以及热稳定性是其在产业化过程中所面临的巨大挑战。高电位（>4.3 V）以及高温环境（>50℃）会进一步加剧富镍正极材料的固有缺陷。本文从离子掺杂、表面修饰以及合成工艺三个角度对NCM811进行改性,主要研究内容如下:（1）使用溶胶-凝胶法合成出NCM811材料以及Al、Mg共掺杂AM-NCM811材料。分析表明Al、Mg成功进入材料体相并使晶胞参数c增大,在材料中分别呈现+3以及+2价态,且材料表面Ni3+含量增多。电化学测试结果显示AM-NCM811样品具有优异的高温循环性能,在55℃、4.5 V截止电压的测试条件下,1C循环400圈的容量保持率为54.2%。结合XRD、EIS、d Q/d V等多种分析手段揭示了Al、Mg共掺杂改善高温循环性能的独特机制—显著提高了材料在深度充电时的结构稳定性。（2）成功合成了Ti表面修饰的4Ti-NCM811材料。分析表明4Ti-NCM811样品表面洁净光滑,Ti元素均匀分布于颗粒表面,并在表面重构成约5 nm厚度的离子混排层,体相结构依然维持原样。电化学测试结果显示4Ti-NCM811样品具有卓越的循环性能:25℃、4.3 V截止电压下,1C循环70圈的容量保持率为98%;25℃、4.5 V截止电压下,1C循环100圈的容量保持率为85%。对比d Q/d V图发现4Ti-NCM811样品具有较高的相变可逆性。（3）开发了一种制备NCM811材料的新工艺。分析表明新工艺的前驱体为Ni O为主相的纳米颗粒。电化学测试结果显示SS-NCM811样品具有优异的电化学性能:25℃、4.5 V截止电压、10C电流密度下的放电比容量达到147 m Ah/g;4.3V截止电压下,1C循环100圈后的容量保持率为92%。结合EIS、d Q/d V等多种分析手段揭示SS-NCM811样品具有更加稳定的界面结构以及更高的锂离子扩散系数。进一步对SS-NCM811进行Ti表面修饰,所得3Ti-SS-NCM811样品在25℃、4.3 V截止电压下,1C循环100圈的容量保持率高达95%。