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锂离子电池(LIBS)作为动力源已经被广泛应用到电动汽车(混合动力车,插电式动力车和电动车)和储能系统(ESS)中。为满足其在电动汽车上的商业化应用,要求电极材料具有能量高、安全性好、寿命长、成本低和环境友好的特点。富锂锰基正极材料在2.0-4.8 V电压下,放电容量达到200mAh/g以上受到广泛关注。然而,该材料具有首次不可逆容量大、倍率性能和结构稳定性较差的缺点,阻碍了其商业化应用。本文中,通过锂锰基正极材料的表面包覆改性,改善了材料的电化学性能。 首先,本文通过正硅酸四乙酯(TEOS)定向水解合成了包覆SiO2的富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 (LNMO)。通过控制TEOS的用量可以得到厚度均一可控的非晶态包覆层。循环伏安测试结果表明,SiO2包覆层能够提高锂离子在材料表面嵌入脱出的有序度,加速材料的活化,保留材料表面的O空位,提高首次库伦效率。不同循环圈数的电化学交流阻抗谱和倍率性能测试结果表明,包覆层能够通过抑制电解液的副反应,降低材料的电荷转移阻抗,提高材料的锂扩散系数,表现出良好的倍率性能,0.5wt.%包覆量的材料0.5wt.% S-LNMO,0.5C(100mAh/g)循环活化50次后,20C(4000 mA/g)和2.0~4.8 V的条件下,容量保持在100mAh/g。向电解液中添加1000/2000ppm的H2O,进行电化学测试发现,非晶态的SiO2能够有效地通过牺牲包覆层的方式,吸收电解液产生的HF,抑制H+和Li+的交换反应,保持材料的电化学性能。在60℃下进行高温性能测试表明,SiO2包覆层有效提高了材料的循环性能。 其次,在碳酸盐前驱体上进行SiO2包覆,后续配锂、高温煅烧,获得了原位包覆快离子导体Li2SiO3的富锂锰基正极材料。SEM测试发现,煅烧过程中SiO2作为熔融助剂使材料烧结团聚,形成致密一次粒子。XRD结果表明SiO2熔融状态下改善Li2O在晶体中扩散过程,材料的层状结构得到改善,材料中金属阳离子有序度提高。作为快离子导体的表面不均匀颗粒包覆物Li2SiO3,显著提高了材料的倍率性能,其中处理量少的S2-LNMO材料,表现出最佳的倍率性能,5C时放电容量为164.5mAh/g,高于空白材料U-LNMO的133.2mAh/g和发生严重颗粒团聚的S2-LNMO的140.1mA/g。 最后,本文对静电纺丝合成微纳结构富锂锰基正极材料的合成路线进行了探究,静电纺丝液的进液速率为0.4mL/h得到的前驱体直径均匀,通过前驱体的TG-DTA测试,确定了600℃、700℃和800℃的煅烧温度,依次得到了纳米网络状、大孔网络和大孔片层状的材料,700℃下得到的样品具有最佳的电化学性能。