【摘 要】
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能量密度是可充电电池关注的主要参数之一,与目前大规模商用的其它材料相比,高镍三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)具有较高的比容量,因而引起了人们的广泛关注。但是,该材
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能量密度是可充电电池关注的主要参数之一,与目前大规模商用的其它材料相比,高镍三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)具有较高的比容量,因而引起了人们的广泛关注。但是,该材料的循环性能和热稳定性较差,同时材料表面存在残留锂化合物,电极/电解质界面易发生副反应,引起材料分层结构的劣化。本文通过在三元材料表面包覆具有高离子电导率或高电子电导率的材料来改善材料的电化学性能,同时把高离子电导率和高电子电导率的材料结合起来组成复合涂层包覆三元材料,对比单一涂层与复合涂层的包覆改性效果。锂离子导体化合物中,LiAlO2化合物包覆效果较好,同时铝系化合物的价格相对便宜。本文使用固相煅烧法和水解水热法在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面包覆α-LiAlO2涂层,研究了涂覆量及煅烧温度等对材料电化学性能的影响。包覆LiAlO2涂层时,三元材料表面的残留锂化合物被部分消耗掉了,LiAlO2涂层具有Li+传输的三维通道,锂离子电导率较高,这同时提高了材料的倍率性能和循环性能。水解水热法制备的包覆材料性能最优,当LiAlO2涂覆量为1mol%、煅烧温度为500℃时,包覆材料在0.1 C的比容量可达189.5 mAh g-1,10 C比容量可达112 mAh g-1,而原材料仅为87 mAh g-1。1 C循环200圈后,包覆材料的比容量为144 mAh g-1,而原材料仅为122.8 mAh g-1。导电聚合物材料中,聚吡咯(PPy)具有较高的电子电导率,以及好的环境稳定性,同时聚吡咯可以抵抗HF的腐蚀。使用原位化学氧化聚合法在NCM811材料表面包覆聚吡咯,制备的所有样品中,吡咯添加量为2mass%时,材料的电化学性能最好,在10 C倍率下比容量为117 mAh g-1,1 C循环200圈后比容量为136.3 mAh g-1,容量保持率为79.5%。结合上述研究结果,联合使用水解水热法和原位化学氧化聚合法构建LiAlO2和PPy组成双包覆层包覆NCM811材料,材料的电化学性能优于单包覆层改性材料。10 C倍率时比容量达127.9 mAh g-1,1 C循环200圈后,比容量为149.1 mAh g-1,循环保持率为85.6%。双包覆层结合了不同材料的优点,因而双包覆层改性材料性能更优。这些结果表明这种复合包覆层的设计策略是可行的,同时这种策略可以推广应用于其它锂离子电池正极材料的改性。
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