摘要
锂离子电池目前已经广泛应用于各种便携式设备以及动力电池等领域，近年来，随着新能源汽车市场的飞速发展，对动力电池的能量密度以及安全性等有了更高的要求。三元正极材料集合了钴酸锂、锰酸锂以及镍酸锂材料的优点，并且随着镍含量的提升，材料的能量密度也逐渐上升，目前研究热点已经集中在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料甚至更高镍材料。但是多晶型高镍材料存在循环过程中颗粒破碎以及副反应增多等问题，对高镍三元材料进行单晶化等改性手法来提升其性能具有较强的研究意义。本论文采用一步喷雾干燥法成功合成了单晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料，并对其进行了掺杂改性研究。 首先以过渡金属醋酸盐为原料，加入柠檬酸作为助剂，采用一步喷雾干燥法合成了含有锂源的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2前驱体，经过简单的烧结工艺得到单晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2产物，并确定了锂源过量5%、烧结时间15h为最优合成工艺。接着对优化后的单晶材料进行了一系列表征和测试，分析了材料形貌结构对性能的影响，并通过改变烧结温度实现了对单晶粒径的调控。结果表明，与多晶材料相比，通过一步喷雾干燥法合成的单晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料具有良好的结晶性能与均匀的粒度分布，电化学测试也表明单晶材料具有优异的电化学性能，通过观察循环后极片形貌也可以发现单晶颗粒并未出现破碎等情况，表明材料具有更强的断裂韧性，这也是材料在室温以及高温下具有良好循环性能的原因。 接着通过在喷雾液中直接加入可溶盐醋酸镁，采用一种原位掺杂Mg元素的方法制备了单晶化与离子掺杂双重改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料，并探究了不同掺杂比例对材料性能的影响。测试表明，掺杂Mg元素并没有改变材料的晶体结构，且各组分分布均匀，SEM以及TEM测试可以观察到掺杂样品与原始样品具有相同的单晶形貌，其中Mg-1样品具有最清晰的晶格条纹和衍射点阵，表明其具有优异的结晶性能；电化学测试也表明掺杂后样品的循环稳定性和倍率性能得到明显提升，并且Mg-1样品在室温以及高温下均具有良好的循环性能。
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