摘要
高镍三元材料因其具有较大的可逆比容量和能量/功率密度高等优点，被认为是最有希望的锂离子电池正极材料之一，并且受到了越来越多的关注。但是，高镍三元正极材料由于其固有的内部层状结构不稳定性（Li+/Ni2+混排）和表面不稳定性（与空气/电解液之间的副反应），导致其在高压和高倍率条件下充放电循环过程严重的容量衰减、氧气释放和过早失效等，这严重地限制了高镍三元材料的实际应用。为了克服这些问题，研究人员通常采用元素掺杂和表面包覆的改性策略。然而，单独的掺杂或包覆改性仅能改善高镍三元材料基体或表面的结构稳定性，仅解决其部分问题。本文选取LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622）为研究对象，对其进行元素掺杂与表面包覆共同改性，同时增强基体与表面的稳定性，从而获得了优异的电化学性能。主要研究内容与实验结果如下： （1）通过简单有效的一步法实现对NCM622材料进行表面Li2SnO3包覆和基体Sn4+梯度掺杂的共同改性，得到Sn-NCM@LSO材料。由于较强的Sn-O共价键，Sn4+梯度掺杂稳定了基体材料的层状结构，并缓解了Li+/Ni2+阳离子混排、促进Li+在锂层的扩散。而离子和电子导电性优异的Li2SnO3涂层作为保护层，抑制活性材料与电解质/空气之间的副反应，维持活性材料球形颗粒在长循环过程中相对完整的球形形貌。在电化学性能测试中，改性后的样品Sn-NCM@LSO-2表现出更低的电荷转移阻抗以及更加优异的循环稳定性和倍率性能（100圈容量保持率为88.31%，大倍率5C下的可逆容量为136.2mAh g-1）。 （2）首次提出通过一步法实现对NCM622正极材料进行表面GdOF包覆和阴离子F-掺杂的双重改性策略，得到了F-NCM@GdOF材料。阴离子F-的掺入可以稳定基体结构、减少晶格氧的释放。化学和热稳定性优异的GdOF包覆层能够防止活性材料被电解液中的HF刻蚀，增强高镍三元材料表面稳定性。在电化学性能测试中，F-NCM@GdOF-2电极材料的循环（在3.0-4.5V电压区间，1C电流密度下循环100圈容量保持率为91.01%）和倍率（5C电流密度下的可逆容量为116.1mAh g-1）性能相较于原样均有较大的提升。 本论文的研究结果表明：表面包覆与离子掺杂共同改性策略可以同时增强NCM622材料基体和表面的稳定性，从而增强NCM622正极材料的电化学性能。双重改性策略简单且可控，有望应用于改性其他高镍三元正极材料。
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