【摘 要】
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三元正极材料是一款综合性能优异的正极材料,具有高能量密度、高放电平台、较低的成本等优势,然而由于其结构及界面不稳定导致其高温电化学性能较差,因此必须找到一种简单有效的方法提高其结构稳定性以改善高温循环稳定性。本文以Li Ni0.83Co0.12Mn0.05O2（Ni83）为研究对象系统分析了高镍三元正极材料的高温失效机制,采用硼酸根和磷酸根两种聚阴离子掺杂的手段显著提升了Ni83的高温循环稳定性并
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三元正极材料是一款综合性能优异的正极材料,具有高能量密度、高放电平台、较低的成本等优势,然而由于其结构及界面不稳定导致其高温电化学性能较差,因此必须找到一种简单有效的方法提高其结构稳定性以改善高温循环稳定性。本文以Li Ni0.83Co0.12Mn0.05O2（Ni83）为研究对象系统分析了高镍三元正极材料的高温失效机制,采用硼酸根和磷酸根两种聚阴离子掺杂的手段显著提升了Ni83的高温循环稳定性并阐明了性能优化的机理。（1）在三元材料锂化过程中采用高温扩散的方法一步合成了硼酸根浓度梯度掺杂的Ni83改性材料,该方法与工业化生产兼容,简单易行。改性后材料锂镍混排减少,表面残碱降低,c轴发生扩张有利于锂离子的迁移,极化降低,倍率性能提升。硼酸根的全浓度梯度分布很好地稳定了高镍三元材料的层状结构,相变的可逆性提高使得三元颗粒在循环过程中整体结构保持完整从而改善其循环稳定性。硼酸根掺杂的Ni83材料在60°C循环300圈后仍有78.5%的容量保持率,而空白Ni83仅有21.4%。（2）为了进一步优化高温性能,采用更加稳定的四配位的磷酸根进行掺杂,通过一步法合成了磷酸根全浓度梯度掺杂的材料。与硼酸根相比,磷酸根基团更稳定且与三元体相的MOx（M=过渡金属）多面体具有更强的共价键合,稳定层状结构所需的相对含量更少（0.806 mol%VS 1.481 mol%）,改性材料的高温性能也更优异。磷酸根掺杂的Ni83材料在60°C循环500圈后仍有80.2%的容量保持率。另外,计算结果表明磷酸根掺杂后材料氧释放难度增大,同时材料的热稳定性有所提升。
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