锂离子电池三元正极材料NCA的合成与表面改性研究
发布时间：2020-05-20 11:30
【摘要】：LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)作为锂离子电池正极材料,其理论容量为279 mAh/g,实际容量可达到199 mAh/g,在锂离子电池中具有广阔应用前景,已进入商业化阶段。然而在实际应用中发现,NCA的循环稳定性能、高倍率性能和安全性是制约其推广应用的技术瓶颈问题。为了让NCA正极材料能够适应高能量密度、寿命良好、安全性能优异的锂离子二次电池,人们开始通过各种改性方式对其性能进行改进,以满足日益发展的锂离子电池市场。本文采用表面包覆方法对NCA正极材料进行表面改性,通过表面包覆A1P04、Ti3(P04)4,抑制循环过程中微裂纹的产生、表面相转变导致的氧损失以及过渡金属的溶解等问题。利用Ni0.842Co0.158(OH)2进行NCA原始材料的制备,通过共沉淀法制备了结晶度与颗粒尺寸良好的Ni0.842Co0.158(OH)2前驱体,之后利用高温固相法合成了需要改性的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料,并确定了煅烧最佳工艺为氧气中500℃下煅烧5 h,之后780℃下煅烧16 h。包覆改性研究的主要内容和结果如下。(1)利用均相沉淀法制备了不同含量的AlP04包覆NCA样品,在实验原料的选择中,基于NaAlO2的制备成本较低和能够在溶液中逐步释放A13+的特性,选取NaA1O2作为AlP04包覆层的铝源,最终的包覆层都均匀分布于样品表面。在热处理后的包覆样品电化学性能测试中,1wt%AlPO4包覆NCA具有最佳的性能,与未包覆NCA对比,0.2C倍率下100次的容量保持率由87.38%提升到94.28%,5 C倍率充放电的比容量提升了40-50mAh/g,同时热稳定性也得到了提升。(2)利用溶胶凝胶法制备了不同含量的Ti3(PO4)4包覆NCA正极材料,经过材料的表征分析确认,Ti3(P04)4包覆层都是均匀包覆于样品表面的。同样对各个含量的包覆样品与原始NCA进行详细的分析比较,发现1 wt%Ti3(PO4)4包覆NCA的性能最佳,0.2 C下100次循环后容量保持率为94.90%,5 C的倍率性能提升了 30 mAh/g,热稳定性有所提升。
【图文】：
离子电导率。电池外壳根据电池的类型如圆柱形、方形电池、软包电池一般采用金属材逡逑料或铝塑膜。逡逑锂离子电池的工作原理见图１．２，伴随着氧化还原反应，锂电池将电能储存在脱锂逡逑（或嵌锂）的两极上或经由两极释放能量。以ＬｉＣｏＣｈ正极与石墨负极为例［４］，，当充电逡逑时，在电位作用下，锂离子从ＵＣｏＯｚ正极脱嵌，经由电解质与隔膜嵌入到负极的石墨逡逑层间；放电时，这一过程正好相反，同时电子经外电路为不同系统供电，锂离子从石墨逡逑层间脱嵌，经由电解质并穿过隔膜嵌入到ＵＣ0０２层间。正是锂离子在两极间的可逆脱逡逑嵌实现了电能与化学能的互相转化，因为这一过程，锂电池形象地被称为摇椅式电池，逡逑具体的正负极化学反应式如下（以下方程式正向为放电过程）：逡逑Ｃａｔｈｏｄｅ：邋Ｌｉｉ－ｘＣｏ０２邋＋邋ｘＬｉ’＋r溃ｅ澹蹋椋茫
本文编号：2672554
【图文】：
离子电导率。电池外壳根据电池的类型如圆柱形、方形电池、软包电池一般采用金属材逡逑料或铝塑膜。逡逑锂离子电池的工作原理见图１．２，伴随着氧化还原反应，锂电池将电能储存在脱锂逡逑（或嵌锂）的两极上或经由两极释放能量。以ＬｉＣｏＣｈ正极与石墨负极为例［４］，，当充电逡逑时，在电位作用下，锂离子从ＵＣｏＯｚ正极脱嵌，经由电解质与隔膜嵌入到负极的石墨逡逑层间；放电时，这一过程正好相反，同时电子经外电路为不同系统供电，锂离子从石墨逡逑层间脱嵌，经由电解质并穿过隔膜嵌入到ＵＣ0０２层间。正是锂离子在两极间的可逆脱逡逑嵌实现了电能与化学能的互相转化，因为这一过程，锂电池形象地被称为摇椅式电池，逡逑具体的正负极化学反应式如下（以下方程式正向为放电过程）：逡逑Ｃａｔｈｏｄｅ：邋Ｌｉｉ－ｘＣｏ０２邋＋邋ｘＬｉ’＋r溃ｅ澹蹋椋茫
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