论文部分内容阅读
化石能源是不可再生能源,已经驱动着人类历史前进了数十年,带给人类便利的同时也带来了污染,人们迫切地希望发展新能源和储能材料与器件。在众多储能器件中,锂离子电池由于能量密度高、使用寿命长、自放电程度小等优点率先得到商业化发展。近年来,在世界各国政府的主导下,电动汽车发展迅速,亟待提高的续航里程成为了制约电动汽车进一步发展的因素之一,这对动力汽车的动力锂离子电池提出了更高的能量密度要求。而目前商业化锂离子电池负极材料的能量密度远远大于正极材料的能量密度,因此提高锂离子电池能量密度的关键在于提高锂离子电池正极材料的能量密度。高镍三元正极材料与其它类型的正极材料相比能量密度更高、成本更低和环境更友好,因此,高镍三元正极材料被认为是作为动力锂离子电池的正极材料的最佳选择。虽然,部分高镍三元正极材料已经实现了商业化应用,例如:NCM523、NCM622和NCM811,但是高镍三元正极材料固有的缺点限制了其商业化进程。首先,随着Ni含量的提高,高镍三元正极材料的阳离子混排程度也会越来越高;其次,随着Ni含量的提高,高镍三元正极材料的容量衰减越来越快;最后,随着Ni含量的提高,高镍三元正极材料的热稳定变得越来越差。表面包覆改性是解决上述问题的有效策略之一,然而目前的包覆方法还存在着工艺复杂、成本昂贵、包覆效果不佳等问题,因此,有必要开发出适合高镍三元正极材料的包覆工艺。本论文以高镍三元前驱体Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2为包覆对象,分别辅以浸渍法、均匀沉淀法分别对前驱体进行(NH3)2HPO4和Zr(OH)4预包覆,然后对预包覆的前驱体进行同步锂化制备出包覆的高镍三元正极材料Li3PO4@LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2和Li2ZrO3@LiNi0.85Co0.1Mn0.05O2。采用FESEM、EDX、HR-TEM、XRD、XPS对已制备的前驱体和高镍三元正极材料进行表征,并通过电化学测试探究包覆层对电化学性能的影响。采用不同浓度的(NH3)2HPO4包覆液去浸渍具有特殊形貌的高镍三元前驱体Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2,然后将制备的预包覆前驱体进行同步锂化制备出Li3PO4包覆的高镍三元正极材料。浸渍法能够在特殊形貌的前驱体表面均匀包覆(NH3)2HPO4,同步锂化后包覆层转变为Li3PO4,包覆层发生轻微地团聚。Li3PO4包覆层对材料体相影响不大,但是会降低高镍三元正极材料表面反应活性,降低Rf和Rct并且抑制它们的增长,提升了锂离子传输效率,因此Li3PO4包覆改性提升了高镍三元正极材料的电化学性能。适中的浸渍包覆浓度可以得出厚度适中且均匀性良好的包覆层,因此,优化的浸渍包覆浓度的样品呈现出最佳的电化学性能。以尿素作为沉淀剂,采用均匀沉淀法在高镍三元前驱体Ni0.85Co0.1Mn0.05(OH)2表面均匀沉淀Zr(OH)4,然后将制备的预包覆前驱体进行同步锂化制备出Li2ZrO3包覆的高镍三元正极材料。均匀沉淀法能够在高镍三元前驱体表面均匀包覆Zr(OH)4,同步锂化后包覆层转变为Li2ZrO3并且包覆的均匀性变差。Li2ZrO3包覆层对材料体相基本没有影响,但是会降低高镍三元正极材料表面反应活性,降低Rf和Rct并且抑制它们的增长,提升了锂离子传输效率,因此Li22ZrO3包覆改性提升了高镍三元正极材料的电化学性能。