【摘 要】
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锂离子电池以其高比能量、高放电电压以及良好安全性被广泛应用在3C电子器件、储能系统和电动汽车中。为满足高能量密度和低钴含量的要求,高镍三元正极材料LiNi1-x-yCoxMnyO2（NCM）受到了广泛的关注。其中,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）具有超过200 mAh g-1的放电比容量,是极有潜力的正极材料。然而,NCM811的应用还存在一些挑战,电化学性能有待进一步提高。
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锂离子电池以其高比能量、高放电电压以及良好安全性被广泛应用在3C电子器件、储能系统和电动汽车中。为满足高能量密度和低钴含量的要求,高镍三元正极材料LiNi1-x-yCoxMnyO2（NCM）受到了广泛的关注。其中,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）具有超过200 mAh g-1的放电比容量,是极有潜力的正极材料。然而,NCM811的应用还存在一些挑战,电化学性能有待进一步提高。本文以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为研究对象,从合成制备工艺进行优化以及掺杂修饰改性两个主要方面进行相关研究工作。（1）通过对烧结温度和配锂量合成工艺的详细研究,得出较佳的制备工艺:将Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2与LiOH·H2O按摩尔比（1:1.05）混合,在管式炉中,氧气充足气氛下,以5℃ min-1的升温速率从室温升温至500℃,预烧4 h,然后再以2℃ min-1的升温速率升温至810℃,保温15 h,最后随炉冷却至室温。随着配锂量的增加,NCM811结构有序度降低,形貌趋于一次颗粒长大,循环稳定性和倍率性能会随着配锂量的增加逐渐变差,配锂量的增加没有促进NCM811材料性能的提升。（2）对NCM811进行Nb5+掺杂改性,Nb2O5与Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2摩尔比为0.25%的NCM-2样品具有最优性能。NCM-2的锂离子扩散速率大于NCM-0,具有优良的动力学性能。在半电池和全电池体系中,NCM-2在不同电流密度下均具有良好的循环稳定性,放电比容量优势明显,Nb元素的掺入抑制了电压衰减,缓解了极化。（3）在2.8-4.5 V和2.8-4.7 V电压窗口范围内,与未掺杂的NCM-0样品相比,NCM-2样品具有较优的电化学性能,循环性能稳定,倍率性能优良。Nb元素的掺入,提高了NCM811材料的放电比容量,增强了材料的结构稳定性。
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