摘要
正极材料的发展对于促进新能源汽车行业的进步至关重要。与LiCoO2、LiMn2O4以及LiFePO4相比，层状结构的富镍材料Li[Ni1-x-yCoxMny]O2(1-x-y≥0.5)由于具有高达200mAhg-1的放电比容量，得到了人们的持续关注。然而，高的镍含量引起富镍三元材料逐渐暴露出如锂镍混排、相变以及表面副反应等问题，导致电池性能下降。针对这些问题，本文采用溶胶凝胶法制备出高镍LiNi0．8Co0．1Mn0．1O2(NCM811)正极材料，通过优化制备工艺和采用锂离子导体Li0.5La0．5TiO3(LLTO)对NCM811进行表面包覆改性等措施来提升其性能，并借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、蓝电测试(LAND)、电化学阻抗测试(EIS)、循环伏安测试(CV)等手段对所制备的材料进行分析和研究。研究工作如下： 采用溶胶凝胶法制备NCM811，通过优化制备工艺，探究高温烧结中空气和氧气气氛、不同锂过量比例以及不同前驱体溶液pH值对样品的物相组成、微观形貌以及电化学性能的影响。研究表明，氧气气氛对于材料的晶粒长大具有一定的促进作用，得到的材料形成了良好的层状结构；适当的锂过量百分比合成的样品既避免了锂损失和氧缺陷，同时也抑制了过多表面残锂的形成，降低了界面离子迁移阻抗；在酸性前驱体溶液中形成的二次颗粒孔道较小，接触较为紧密，利于锂离子在界面的迁移。结果显示，在氧气气氛、锂过量百分比为5mol%以及前驱体溶液pH值为5时制备出来的样品性能较佳，它的首次库伦效率为86.5%，放电比容量为193.9mAhg-1，容量保持率为37.0%，长期循环后的表面膜阻抗仅为54.35Ω。然而通过分析发现，上述制备参数下得到的材料在长期循环下的容量衰减仍较为严重，容量保持率较低，对其电压测试范围经过调整后，容量保持率在100圈循环后提高到75%，但是首次放电比容量下降到152.5mAhg-1。 在此基础上，利用LLTO对NCM811正极材料进行包覆改性，研究了不同包覆含量对样品的微观形貌、相组成和性能的影响。结果表明，包覆层对于材料有保护作用，降低了电解液分解产生的HF对于材料的破坏，同时合适含量的锂离子导体的存在对于锂离子的迁移有促进作用。其中，2wt.%的LLTO包覆后材料的充放电性能、倍率性能以及循环性能相比于原NCM811材料均得到了明显提升，首次放电比容量为175.4mAg-1，在100圈循环之后容量保持率达到了98.9%，锂离子扩散系数为1.63xl0-15cm2s-1。
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