摘要
高镍三元正极材料 NCM811 因较高的放电比容量、成本低廉以及环境友善性的优势已经成为市场主流的锂离子电池正极材料之一。但是其循环稳性能和高电流密度下的倍率电性能比较差。本文通过对优化高温固相法的制备工艺以及湿化学沉积法包覆改性的探究，初步的缓解了NCM811的这两大问题，以期待其在市场中可以得到更广泛的应用。具体研究如下： 1. 通过高温固相法制备NCM811 材料，通过 XRD表征、循环充放电测试等手段探究了煅烧温度，煅烧时间以及锂源添加过量百分比等制备条件对其结构和电化学性能的影响。结果表明750℃煅烧 16 h 且锂源过量百分比为5%时，制得的材料层状结构最好。其首圈放电比容量为 205.6 mAh·g-1，首圈库伦效率为 73.5%；1C 条件下的初始放电比容量为 151.9 mAh·g-1，50 圈后的放电比容量为72.6 mAh·g-1，容量保持率为47.8%；10C下的放电比容量为9.4 mAh·g-1。 2. 通过湿化学沉积法对 NCM811 材料进行包覆改性，以上述最优工艺条件下制备的材料作为初始材料，分别以Al2O3、AlF3、LaF3作为单物质包覆材料，以AlF3+LaF3作为双物质包覆材料，并控制了各包覆材料的不同初始添加量。通过XRD、SEM、TE M、EDS等表征和循环充放电测试的手段，探究了单物质和双物质包覆改性对初始材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明，单物质包覆改性中添加量为1wt%的AlF3包覆改性对倍率性能提升最多，10 C 大倍率下可达到 38.3mAh·g-1；添加量为 5wt%的 LaF3包覆改性对循环性能提升最多，在 1C 倍率下经过 50 次充放电循环后的放电比容量为96.0 mAh·g-1，容量保持率为75.2%。 3. 添加量为 3wt%的 AlF3+LaF3双包覆改性可从包覆物颗粒填充初始材料表面微裂纹；微量的La+和F-掺杂调控层状结构，扩展层间距；双包覆涂层对初始材料循环过程中产生的微裂纹进行自修复等三个方面稳定材料主体及表面的晶体结构。使改性后NCM811 的电化学性能得到综合提升。改性后材料的首圈放电比容量为 210.1mAh·g-1，库伦效率为73.2%；在1C倍率下经过50次充放电循环后的放电比容量仍可达到112.2 mAh·g-1，容量保持率几乎为 100%；在 10 C大倍率下材料放电比容量可达到37.2mAh·g-1。
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