摘要
高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)因其高能量密度、低成本等优点，是构建高能量密度锂离子二次电池的一种重要材料。然而，由于NCM811本征结构不稳定、表面残锂容易与电解液发生副反应等原因，导致电池性能严重衰减。此外，晶格氧的释放、微裂纹的形成和较差的热稳定性也给NCM811的应用带来了极大的安全隐患。尽管通过离子掺杂和表面无机包覆等策略，商用NCM811的电化学性能得到了明显改善;但是如何简单有效地进一步提升商用NCM811的稳定性，仍具有重要的研究意义和应用价值。基于此，本文以钛氧团簇交联型聚合物为包覆材料，发展了提升NCM811电化学性能的新策略，主要研究内容和结论如下: (1)基于聚四氢呋喃(PTHF)和二异氰酸酯的聚合反应，利用具有多羟基表面官能团的钛氧团簇(TOC)作为交联反应节点，设计合成了一种“有机-无机”复合的钛氧团簇交联型聚合物(PTHF-HM-TOC)。通过调控二异氰酸酯的组成，能够有效地提升PTHF-HM-TOC的抗电解液溶胀性能、机械性能和热稳定性。进而，利用PTHF-HM-TOC与NCM811之间的强相互作用，发展了一种便捷工艺，将前者包覆在商业化NCM811上，在NCM811表面形成均一、致密的包覆层。对照实验结果表明，PTHF-HM-TOC含量为0.8wt％的包覆型NCM811(NCM811@PTHF-HM-TOC)具有最优的循环稳定性。 (2)对NCM811、线性聚合物包覆的NCM811(NCM811@PTHF-HM)和NCM811@PTHF-HM-TOC三种正极材料进行了半电池性能测试。结果表明，聚合物包覆不会降低NCM811的容量性能。NCM811@PTHF-HM-TOC在1C循环200圈后的容量保持率高达89.0％,远高于NCM811@PTHF-HM(67.6％)和NCM(48.8％);得益于相对较低的界面传质阻抗，NCM811@PTHF-HM-TOC的倍率性能也明显优于NCM811@PTHF-HM和NCM811。 (3)对PTHF-HM-TOC包覆层的作用机制进行了系统研究。发现PTHF-HM-TOC可以有效隔绝电解液和NCM811之间的直接接触，提升正极/电解液界面稳定性，进而减少了副反应的发生、过渡金属离子的溶出和层状结构的破坏;此外，在循环过程中，PTHF-HM-TOC良好的机械性能够显著抑制NCM811微裂纹的生成，进一步提升了NCM811的循环稳定性。
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