【摘 要】
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锂离子电池作为一种新型绿色储能器件已被广泛应用于人们日常生活中。其中,便携式电子设备、电动汽车领域和电网储能技术的不断进步对锂离子电池的性能要求越来越高。富镍三元正极材料(Li NixCoyMn1-x-yO2,x≥0.8),因其具备容量高,成本低等优点引起了人们的广泛关注。然而富镍三元正极材料在使用过程中面临着循环寿命短和热稳定性差等问题,限制了其大规模应用。本文针对上述问题,以LiNi0.8Co
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锂离子电池作为一种新型绿色储能器件已被广泛应用于人们日常生活中。其中,便携式电子设备、电动汽车领域和电网储能技术的不断进步对锂离子电池的性能要求越来越高。富镍三元正极材料(Li NixCoyMn1-x-yO2,x≥0.8),因其具备容量高,成本低等优点引起了人们的广泛关注。然而富镍三元正极材料在使用过程中面临着循环寿命短和热稳定性差等问题,限制了其大规模应用。本文针对上述问题,以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为研究对象,使用离子掺杂的方法,研究了Ti4+、F-和Cu2+对富镍三元正极材料电化学性能的影响。本文的主要研究工作如下:（1）采用高温固相法制备了Ti4+和F-掺杂的富镍三元正极材料。通过对材料进行了XRD、原位XRD、XPS和HRTEM等表征和电化学性能测试,研究了Ti4+和F-掺杂对材料微观结构和电化学性能的影响。结果表明,Ti4+和F-共掺杂改性后的富镍三元正极材料晶格参数增大,Ni2+/Li+的混排程度降低。同时,Ti4+和F-共掺杂在富镍三元正极材料表面形成超薄岩盐相,显著地提高了材料的循环性能。最优样品0.5Ti@0.5F-NCM在2.8–4.3 V的电压范围内和室温条件下进行300次1 C充放电后的容量保持率为81.4%。在45°C下200次1 C充放电后的容量保持率为88.1%,而NCM的容量保持率仅为45.2%。Ti4+和F-共掺杂改善了材料的锂离子扩散能力,抑制了富镍三元正极材料的H2-H3相变并降低了电荷转移阻抗,提高了富镍三元正极材料的电化学性能。（2）研究了不同含量的Cu2+掺杂对富镍三元正极材料性能的影响。XRD和XPS的分析结果表明Cu2+掺杂改性增大了富镍三元正极材料的晶格间距,降低了Li+/Ni2+的混排程度,提升了材料的锂离子扩散能力。在2.8–4.3 V下,最优改性样品0.5Cu-NCM在1 C下循环300次后的容量保持率为88.6%,倍率性能也得到了改善。Cu2+掺杂改性提高了富镍三元正极材料锂离子扩散系数,提高了电子电导率,降低了表面膜电阻和电荷转移电阻。
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