面对社会发展和燃油危机,新能源汽车进入快速发展时期,不过“续航焦虑”迫使人们进一步优化锂离子电池的性能。正极材料作为制约锂离子电池整体性能的核心部件,其相关研究越来越聚焦至高镍正极材料,但高镍材料的循环稳定性和容量问题仍需要进一步改善。本文从表面结构和内部结构优化两方面对高镍材料界面稳定性、界面电荷传输及内部结构稳定性进行研究。(1)三元材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)一般通过共沉淀法生产,带来材料表面碱性较强的恶劣影响,因此本文提出一种简单的湿化学修饰法,利用其碱性将硅氧烷分子链接至NCA颗粒表面,后续通过高温氧化成功实现超薄SiOx层修饰。通过静态水接触角与XPS测试验证修饰成功,但XRD、SEM与HRTEM表征发现超薄修饰前后的样品没有明显差异。超薄SiOx修饰层极大地提高NCA电极的循环稳定性,在高温环境(55℃)2C电流和高水环境(200ppm)1 C电流分别循环200圈的容量保有率为68.53%和68.67%。EIS与XPS分析表明超薄SiOx层可以抑制电极/电解液界面处不良反应,降低电极循环过程界面电荷传输阻抗,从而改善材料的循环性能。最后,使用简单的电压衰落实验证明超薄SiOx层对电解液与电极材料的有效隔离作用。(2)通过简易快速的湿化学法成功地制备Ti掺杂的Li4SiO4双导层包覆LiNi0.82Co0.15Al0.03O2(NCA82)正极材料。EDX和TEM测试表明,当硅钛比为4:1(NCA@SiTi1)时,包覆层均匀地分布在NCA82颗粒表面。循环伏安测试表明包覆样品在循环过程中晶胞的体积变化得到抑制,因此在2C下循环150圈的容量保有率达到85.59%。EIS测试表明双导层有效降低电极/电解液界面处电荷传输阻抗,并通过计算电极材料循环前后的锂离子扩散系数,验证双导包覆层不仅未阻碍材料自身的电荷传输能力,又减少界面副反应从而改善循环过程界面处锂离子扩散。(3)使用氢氧化铝包覆的Ni(OH)2球形颗粒作为前驱体,基于元素在固固界面处相互扩散实现Al均匀掺杂LiNiO2,该方法通过对LiNiO2原始结构进行最小改动来优化其性能。合成的LiNi0.95Al0.05O2电极材料具有出色的容量(0.1 C时为209.9 mAh g-1)和良好的循环稳定性(0.5 C电流循环200圈后的容量保有率为85.10%)。原位XRD测试表明Al掺杂改善材料相变过程可逆性。Al掺杂不但抑制电极/电解液界面处的不良反应,而且可以扩大层状结构的层间距,这有利于锂离子的扩散从而改善材料的倍率性能。此外,通过对Al量进行优化以保障LiNiO2颗粒的结构稳定性和界面离子电导率。本方法可实现少量Al均匀掺杂优化LiNiO2的性能,从而探索出先进锂离子电池的正极材料。