鋰離子電池富鋰層狀正極材料的表面修飾改性研究.pdf

1、富鋰層狀正極材料x(chóng)Li2MnO3·(1-x)LiMO2因其高容量（超過(guò)250 mAh g-1）、高電壓（~4.5 V）等優(yōu)點(diǎn)引起了研究者們的關(guān)注。但是這類(lèi)材料電壓衰減、循環(huán)和倍率性能差等問(wèn)題限制了其大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。表面修飾改性是一種能提高材料電化學(xué)性能的有效方法。本文以提高富鋰層狀正極材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的電化學(xué)性能為目的，對(duì)其進(jìn)行了一系列表面修飾改性研究。主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下：
　　（1）

2、與傳統(tǒng)的Al2O3等氧化物修飾材料相比，AlF3在鋰離子電池電解液中的穩(wěn)定性更好，本文采用不同量的AlF3對(duì)富鋰層狀正極材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2進(jìn)行表面修飾處理。結(jié)果顯示，富鋰層狀正極材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2經(jīng)過(guò)AlF3修飾后，循環(huán)和倍率性能都有所提高，但是其容量卻降低了，1 wt.％AlF3修飾的樣品表現(xiàn)出最優(yōu)的循環(huán)穩(wěn)定性，其在0.2 C下循環(huán)100圈后的容量仍能保持80.5

3、%，但是其初始容量只有185 mAh g-1，比未修飾的富鋰層狀正極Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2214 mAh g-1的初始容量低很多，這是因?yàn)锳lF3的鋰離子電導(dǎo)率非常低，作為修飾層在隔離電解液和電極材料的同時(shí)也會(huì)阻塞了離子和電子的界面?zhèn)鬏斖ǖ馈?br>　?。?）為了探討表界面離子擴(kuò)散對(duì)富鋰正極材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2電化學(xué)性能的影響，本文將Li3AlF6修飾、AlF3修飾和未處理電

4、極相比較。采用Li3AlF6作為表面修飾材料是因?yàn)闆](méi)有引入Al、F以外的雜質(zhì)離子，避免摻雜其它原子帶來(lái)的影響，可以與AlF3修飾的效果進(jìn)行比較，并可以大幅度提高表面修飾層的離子電導(dǎo)率。本文首先對(duì)Li3AlF6表面修飾量進(jìn)行優(yōu)化，再將表面修飾的最優(yōu)值進(jìn)行比較。Li3AlF6表面修飾后Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2電極的循環(huán)和倍率性能都有很大的提升，當(dāng)修飾量為3 wt.%時(shí)，材料的電化學(xué)性能最優(yōu)異，在0.2 C電流密度下

5、首圈循環(huán)中的放電比容量是227 mAh g-1，經(jīng)過(guò)100圈充放電循環(huán)后仍保持90.7%的容量。對(duì)比結(jié)果說(shuō)明Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2電極表面在循環(huán)過(guò)程中會(huì)形成一層電子和離子電導(dǎo)率極低的極性鈍化層，采用具有鋰離子電導(dǎo)率更高的材料進(jìn)行表面修飾不僅能提高材料的電化學(xué)性能，還不會(huì)造成容量損失，甚至能提高容量。
　?。?）Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）是一種固態(tài)電解質(zhì)，具有高的鋰離子電導(dǎo)率和

6、電化學(xué)穩(wěn)定性，本文采用LATP作為富鋰層狀正極材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的修飾材料，并對(duì)修飾量和燒結(jié)溫度進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)過(guò) LATP修飾后富鋰層狀正極材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的電化學(xué)性能有了明顯的提高，其中2 wt.% LATP修飾并在550 ℃處理的樣品表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能，在0.2 C倍率下的首圈放電比容量是209 mAh g-1，循環(huán)100圈后的容量保持率為86.3%。LA