鋰離子電池高鎳正極材料的表面修飾改性研究.pdf

1、鋰離子電池有望成為下一代可再生新能源的儲能器件，將被廣泛應(yīng)用于電動汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。但是，鋰離子電池的發(fā)展仍然受到很多問題的限制。為了滿足日益發(fā)展的需求，鋰離子電池應(yīng)該具備高能量密度、長循環(huán)壽命以及良好的熱穩(wěn)定性能。鋰離子電池正極材料的發(fā)展尤為重要，其中三元正極材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）由于其高比容量和低成本而逐漸成為當(dāng)前研究熱點。但是，這類材料仍然存在容量衰減、循環(huán)穩(wěn)定性等問題。本論文是通過對NCA進(jìn)

2、行表面改性來提高其電化學(xué)穩(wěn)定性。主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下：
　?。?）通過多步浸潤烘干的包覆方法，在NCA表面包覆Co3O4。經(jīng)過表面包覆后的NCA在0.1C的電流密度下，首圈放電比容量為207.6mA h g–1，首圈庫倫效率為90.8％。在2.8~4.3V，1C的電流密度下循環(huán)100圈后，比容量保持率為91.6%，0.2C的電流密度下容量保持率為94.7%。另外，包覆后的NCA展現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，在10C的電流密度下進(jìn)行充放電

3、，放電比容量仍有144.9mAhg–1，而當(dāng)電流密度回到0.2C時，放電比容量仍然保持204.1mAh g–1。包覆后的NCA具有良好的電化學(xué)性能主要得益于包覆層能夠抑制電解液對材料表面的侵蝕，提高了NCA材料的循環(huán)穩(wěn)定性。同時，在熱處理的過程中Co3O4會與NCA表面的雜質(zhì)（LiOH或Li2CO3）反應(yīng)生成LixCoO2，降低了電極材料表面的阻抗。
　　（2）利用Sm摻雜的CeO2對NCA進(jìn)行表面包覆，在1C下的首圈放電容量為首

4、圈放電容量為175.5mAh g–1，經(jīng)過100圈循環(huán)后，容量保持率為97.0%放電比容量為178.1mAh g–1。經(jīng)過表面包覆后的NCA表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能，包覆層能夠有效的降低電解液對NCA材料表面的侵蝕，提高了材料的表面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性；經(jīng)過包覆改性的NCA不僅循環(huán)性能得到顯著的提升，而且放電比容量較高，這是由于包覆材料Ce0.8Sm0.2O2具有良好的離子電導(dǎo)率和電子導(dǎo)電性，不會影響Li+在材料表面的擴(kuò)散。

5、
　?。?）利用原子層沉積（ALD）技術(shù)對NCA進(jìn)行表面改性，與多步浸潤烘干的包覆相比較，能夠得到更均勻的包覆層，且能夠更好的控制包覆層的厚度。采用ALD技術(shù)在NCA表面包覆TiO2。TiO2是一種常見的正極材料表面修飾材料，在NCA表面沉積了不同厚度的TiO2。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)TiO2包覆層的厚度為4nm時包覆效果最佳，在1C的電流密度下，首圈放電容量為173.5mAh g–1，循環(huán)100圈后，容量保持率為97.4%，放電容量為16