發(fā)布時(shí)間：2020-05-20 11:30

【摘要】：LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)作為鋰離子電池正極材料,其理論容量為279 mAh/g,實(shí)際容量可達(dá)到199 mAh/g,在鋰離子電池中具有廣闊應(yīng)用前景,已進(jìn)入商業(yè)化階段。然而在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),NCA的循環(huán)穩(wěn)定性能、高倍率性能和安全性是制約其推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。為了讓NCA正極材料能夠適應(yīng)高能量密度、壽命良好、安全性能優(yōu)異的鋰離子二次電池,人們開(kāi)始通過(guò)各種改性方式對(duì)其性能進(jìn)行改進(jìn),以滿足日益發(fā)展的鋰離子電池市場(chǎng)。本文采用表面包覆方法對(duì)NCA正極材料進(jìn)行表面改性,通過(guò)表面包覆A1P04、Ti3(P04)4,抑制循環(huán)過(guò)程中微裂紋的產(chǎn)生、表面相轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的氧損失以及過(guò)渡金屬的溶解等問(wèn)題。利用Ni0.842Co0.158(OH)2進(jìn)行NCA原始材料的制備,通過(guò)共沉淀法制備了結(jié)晶度與顆粒尺寸良好的Ni0.842Co0.158(OH)2前驅(qū)體,之后利用高溫固相法合成了需要改性的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正極材料,并確定了煅燒最佳工藝為氧氣中500℃下煅燒5 h,之后780℃下煅燒16 h。包覆改性研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下。(1)利用均相沉淀法制備了不同含量的AlP04包覆NCA樣品,在實(shí)驗(yàn)原料的選擇中,基于NaAlO2的制備成本較低和能夠在溶液中逐步釋放A13+的特性,選取NaA1O2作為AlP04包覆層的鋁源,最終的包覆層都均勻分布于樣品表面。在熱處理后的包覆樣品電化學(xué)性能測(cè)試中,1wt%AlPO4包覆NCA具有最佳的性能,與未包覆NCA對(duì)比,0.2C倍率下100次的容量保持率由87.38%提升到94.28%,5 C倍率充放電的比容量提升了40-50mAh/g,同時(shí)熱穩(wěn)定性也得到了提升。(2)利用溶膠凝膠法制備了不同含量的Ti3(PO4)4包覆NCA正極材料,經(jīng)過(guò)材料的表征分析確認(rèn),Ti3(P04)4包覆層都是均勻包覆于樣品表面的。同樣對(duì)各個(gè)含量的包覆樣品與原始NCA進(jìn)行詳細(xì)的分析比較,發(fā)現(xiàn)1 wt%Ti3(PO4)4包覆NCA的性能最佳,0.2 C下100次循環(huán)后容量保持率為94.90%,5 C的倍率性能提升了 30 mAh/g,熱穩(wěn)定性有所提升。
【圖文】：

離子電導(dǎo)率。電池外殼根據(jù)電池的類型如圓柱形、方形電池、軟包電池一般采用金屬材逡逑料或鋁塑膜。逡逑鋰離子電池的工作原理見(jiàn)圖１．２，伴隨著氧化還原反應(yīng)，鋰電池將電能儲(chǔ)存在脫鋰逡逑（或嵌鋰）的兩極上或經(jīng)由兩極釋放能量。以ＬｉＣｏＣｈ正極與石墨負(fù)極為例［４］，，當(dāng)充電逡逑時(shí)，在電位作用下，鋰離子從ＵＣｏＯｚ正極脫嵌，經(jīng)由電解質(zhì)與隔膜嵌入到負(fù)極的石墨逡逑層間；放電時(shí)，這一過(guò)程正好相反，同時(shí)電子經(jīng)外電路為不同系統(tǒng)供電，鋰離子從石墨逡逑層間脫嵌，經(jīng)由電解質(zhì)并穿過(guò)隔膜嵌入到ＵＣ0０２層間。正是鋰離子在兩極間的可逆脫逡逑嵌實(shí)現(xiàn)了電能與化學(xué)能的互相轉(zhuǎn)化，因?yàn)檫@一過(guò)程，鋰電池形象地被稱為搖椅式電池，逡逑具體的正負(fù)極化學(xué)反應(yīng)式如下（以下方程式正向?yàn)榉烹娺^(guò)程）：逡逑Ｃａｔｈｏｄｅ：邋Ｌｉｉ－ｘＣｏ０２邋＋邋ｘＬｉ’＋r潰ｅ澹蹋椋茫

本文編號(hào)：2672554