【摘 要】
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富镍系LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料具有高比容量和成本较低的优点,在动力电池和储能电池上应用前景广阔。但是,在充电过程中脱锂态的NCA表面会产生强氧化性的Ni4+。Ni4
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富镍系LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料具有高比容量和成本较低的优点,在动力电池和储能电池上应用前景广阔。但是,在充电过程中脱锂态的NCA表面会产生强氧化性的Ni4+。Ni4+易与电解液发生副反应,导致材料性能的严重衰减甚至造成安全隐患。将NCA材料进行表面包覆可避免其与电解液直接接触,有效提升电池循环性能和安全性。本文首先采用共沉淀法制备了球形Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2前驱体,并结合高温固相法合成了Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2正极材料。NCA的首次充放电比容量高达208.5 m Ah?g-1,在常温循环50次后容量降至136.7 m Ah?g-1,容量保持率为71.4%。高温(60℃)循环50次后容量保持率仅为61.09%。因此对其进行包覆改性以提升其循环性能。采用湿法以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源对NCA材料进行表面包覆,研究了Si O2包覆量对NCA材料的理化性能和电化学性能的影响。结果表明Si O2包覆不会改变NCA材料的体相晶体结构,包覆量为1 wt%的材料表现出最佳的常温和高温循环性能,在常温和60℃下以1 C的倍率循环50次后容量保持率分别79.56%和67.08%,明显高于NCA材料的71.4%和61.08%。但是该方法制备的Si O2包覆层均匀性和完整性欠佳,使得材料的放电比容量和倍率性能有所下降。因此为了进一步提升包覆的均匀完整性,在下一步工作中采用工艺简单的低温等离子体法,以六甲基二硅氧烷(HMDSO)单体为反应气体,在NCA颗粒表面原位生成硅氧化物包覆层。并系统的探讨了不同的氧流速比、不同放电功率和不同放电时间制备的硅氧化物包覆层对材料的理化性能和电化学性能的影响。结果表明:包覆层具有优异的保形性,膜厚均匀且薄。包覆层厚度随着氧流速比和放电功率的增加而先增加后减小,随着时间的延长而增加。在氧流速比为1、放电功率为150 W、反应时间为40 min的条件下包覆改性的NCA材料呈现出最佳的电化学性能。在5 C倍率下容量为142 m Ah?g-1,比NCA要高41 m Ah?g-1,50次高温循环后的容量保持率由61.09提升到75.3%。
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