富鋰層狀金屬氧化物因高能量密度、高工作電位和較低的成本而成為鋰離子電池最有前途的正極材料之一。然而,還有許多問題阻礙了它的商業(yè)化應(yīng)用,包括容量衰減、倍率性能差以及持續(xù)的電位下降等。在本論文中,我們探究了富鋰層狀正極材料結(jié)構(gòu)的衰變機理,并提出了三種提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的策略,包括表面摻雜、構(gòu)建本征Li-過渡金屬（TM）混排和通過結(jié)構(gòu)設(shè)計促進陽離子混排。分別在富鋰錳基層狀氧化物Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂表面附近晶格中摻雜鈮（Nb）、鋯（Zr）以及鈦（Ti）。表面摻雜離子替代Li層中的Li⁺并加強了表面結(jié)構(gòu)。強的Nb-O離子鍵使表面氧“失活”,保證了材料結(jié)構(gòu)在電池循環(huán)過程中的完整性,提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。電化學測試表明,表面改性的材料首周放電容量達到320 mAh g^-1,經(jīng)過100周循環(huán)后保持率為94.5%。更重要的是,在此過程中平均放電電位僅下降136 mV。球差校正掃描透射電子顯微鏡（STEM）在原子尺度的表征顯示Nb、... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

結(jié)構(gòu)示意圖以及XRD圖譜：（a）Li2MnO3;（b）LiMn

.3 TM 遷移導致的電子結(jié)構(gòu)變化示意圖。[24]re1.3 Schematic of the reorganization of the electronic structure due to TM migration.存在的問題典型的 LMR 材料，如 Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2和 Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2，在經(jīng)周充電 Li2MnO3組分活化后都可以表現(xiàn)出超過 250mAh g-1的比容量，[40]甚以超過 300 mAh g-1。[41]然而，仍有許多問題阻礙了它的商業(yè)化應(yīng)用，包括不可逆容量損失，倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性較差以及持續(xù)的電位衰減等。[42, 43]幾十年的探索，人們在前三個問題上已經(jīng)取得顯著的進展，但持續(xù)的電位衰題依然沒有得到完全解決。這也是本論文研究和討論的重點。 LMR 結(jié)構(gòu)變化與電位衰減機理

（b）首周，（c）10 周和（d）20 周循環(huán)之后的tion of the particles at (a) pristine, (b) 01-cycled, (c) 10研究進展元素分布的報道，[54]在共沉淀方法制備的 Li[Li0.2Ni0.的分布并不是均勻的，Ni 更傾向于富集在顆在顆粒表面處的擴散勢壘變大，導致材料道，Ni-Mn 之間的相互作用對于抑制 Mn 還間的元素分離會減弱 Ni-Mn 之間的作用，從衰減。從這個角度來講，LMR 中 TM 元素


本文編號：3029281