Sn离子对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的改性研究

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高镍Li NixCoyMn1-x-yO2(NCM)材料因较高的能量密度、价格低廉等优势,被认为是锂离子电池正极材料中最具有发展前景的材料之一。然而,高镍NCM材料循环稳定性和热稳定性差等缺点,阻碍了其进一步应用。基于此,本论文研究了表面包覆和离子掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料结构和性能的影响。在此基础上,进一步探究不同包覆或掺杂量对材料性能的影响。首先,分别采用液相法和高温固相法对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2进行Li2Sn O3表面包覆,探究包覆方法和包覆量对NCM811材料的结构和电化学性能的影响。研究表明,液相法制备的包覆层能够均匀分布在NCM811表面,但包覆量过多会导致Li2Sn O3团聚。Li2Sn O3包覆层能够抑制电解液对材料的侵蚀,提高材料的结构稳定性。其中,Li Ni0.8Co0.1Mn0.1O2@0.02Li2Sn O3在0.5 C循环200周容量保持率达到94.7%。固相法制备的包覆层也能够均匀存在于二次颗粒表面,且有部分锡离子掺杂进入了NCM811晶胞。电化学测试表明,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2@0.02Li2Sn O3具有更优异的循环性能,Li2SnO3包覆层能够抑制电极/电解液间副反应,且部分锡离子掺杂进入晶格,稳定晶体结构。其次,采用共沉淀法结合高温固相法制备了LiNi0.8-xSnxCo0.1Mn0.1O2(x=0.02,0.04)材料。结果证明Sn4+成功掺入了NCM811材料中,且Ni、Co、Mn、Sn四种元素均匀分布。电化学性能测试表明非电化学活性的Sn离子掺杂导致容量有所损失,但同时降低了阳离子混排程度,减小极化,材料可逆性增加,因此掺杂后的LNSCM-0.02和LNSCM-0.04材料的循环稳定性和热稳定性均大大提高。此外,在高截止电压条件下,掺杂后的材料依然呈现出优异的长循环性能,因此Sn4+掺杂与包覆在材料表面的锂离子导体Li2Sn O3的协同作用能够有效提高高镍三元材料的结构稳定性。
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