【摘 要】
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三元层状正极材料LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2（NCM613）由于其较高的放电比容量,具有良好的应用前景,但是由于电解液不断侵蚀材料的表面,使其循环性能较差,限制了其大规模商业化应用。为了解决这个问题,本论文采用表面包覆以及部分掺杂的方法来提高NCM613的结构稳定性,并对其电化学性能进行了研究。首先研究了Y（PO3）3改性对NCM613材料的结构和电化学性能的影响。表征结果表明,少量的钇
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三元层状正极材料LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2（NCM613）由于其较高的放电比容量,具有良好的应用前景,但是由于电解液不断侵蚀材料的表面,使其循环性能较差,限制了其大规模商业化应用。为了解决这个问题,本论文采用表面包覆以及部分掺杂的方法来提高NCM613的结构稳定性,并对其电化学性能进行了研究。首先研究了Y（PO3）3改性对NCM613材料的结构和电化学性能的影响。表征结果表明,少量的钇可以掺杂进入NCM613的晶体结构中,提高锂离子在充放电过程中的传输速率,降低Li+/Ni2+混排;其余的Y（PO3）3与表面残留锂反应,一方面降低表面残余锂量,另外在NCM613晶粒上形成YPO4-Li3PO4-Y（PO3）3包覆层。采用0.3 wt%Y（PO3）3改性的NCM613样品具有最佳的电化学性能,在2.8-4.5V下,1C循环100次后25℃时容量保持率为87.2%,45℃时容量保持率为82.1%;而未改性的NCM613在相同测试条件下,容量保持率只有71.8%和65.8%。YPO4-Li3PO4-Y（PO3）3表面包覆和钇掺杂的协同作用减少正极材料和电解质之间的副反应,抑制了微裂纹的产生,进而提升了材料的循环稳定性。利用Y（NO3）3·6H2O、NH4F、LiNO3（Li、Y和F的摩尔比为1:1:4,以LiYF4计量）和三元正极材料NCM613混合,通过煅烧得到LiYF4-YOF共包覆改性的电池材料。结构表征和电化学分析表明改性后的材料仍然保持着良好的层状结构,生成的LiYF4-YOF共包覆层可以抑制电解液对正极材料的腐蚀,降低充放电过程中的阻抗,进而提升电池材料的循环性能和倍率性能。采用0.5wt%LiYF4改性的样品NCM-0.5LF具备最佳的电化学性能,在2.8-4.5 V、25℃和1 C测试条件下,经过100次循环后,NCM-0.5LF的容量保持率为90.8%,而NCM613的容量保持率只有71.8%;在2.8-4.5 V、45℃和5C下,经过100圈循环后,NCM-0.5LF容量保持率为89.4%,而未改性的NCM613容量保持率仅为52.8%。
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