均匀沉淀法助力Li 2 ZrO 3 包覆LiNi 0.85 Co 0.1 Mn 0.05 O 2 提升电化学性能

发布时间：2021-09-07 16:27

　　高镍三元正极材料比容量随着Ni含量的增加而增加的特点与电动汽车亟待提高的续航里程相契合,但是高镍含量所带来的问题对其商业化应用不利。表面包覆可以有效抑制高镍含量对商业化的不利影响,但是非快锂离子导体包覆物会引入不利于锂离子传导的界面,而Li₂ZrO₃包覆可以有效避免这个问题。化学沉淀法因成本低廉和简单易行的特点在表面包覆中被广泛使用,而尿素则可以有效降低反应速度和提高反应的均匀性,因此本研究采用尿素辅助的化学沉淀法在高镍三元前驱体表面均匀沉淀Zr（OH）₄,再经过同步混锂步骤合成锆酸锂包覆的高镍三元正极材料。材料表征结果表明:改良的化学沉淀法有助于形成均匀的包覆层,同步锂化的高温步骤会引发轻微的团聚,Li₂ZrO₃包覆可以改善高镍三元正极材料的表面化学环境。电化学性能测试显示Li₂ZrO₃包覆能提升高镍三元正极材料的电化学性能,有效抑制电荷转移阻抗的增长。 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(06)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

包覆样与未包覆样的XRD图

为了研究锆酸锂包覆对高镍三元正极材料表面化学态的影响，采用X射线光电子能谱对相关材料的表面化学环境进行表征，图5为高镍三元正极材料Li2Zr O3包覆前后的XPS谱。如图5a所示，在包覆改性样品中探测到Zr 3d的谱图，该谱图由Zr 3d5/2(181.9 e V)和Zr 3d3/2(184.2 e V)两个峰组成，表明Zr的化合价为正4价[18]。如图5b所示，原样的O1s峰由两个峰组成:位于528.74 e V附近的峰和位于531.43e V附近的峰。包覆样的O 1s峰也呈现出相似的情况，但其峰的位置稍微有些偏移，表明O周围的化学环境发生了变化，这应该是Li2Zr O3中的Zr-O键所致。从实验结果来看，锆酸锂包覆能够改变高镍三元正极材料表面的化学环境。2.6 锆酸锂包覆对高镍三元正极材料电化学性能的影响

为了观测高镍三元前驱体和正极材料包覆后的变化，采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对相关材料进行表征。图1a、b分别为Zr(OH)4包覆前后的高镍三元前驱体Ni0.85-Co0.1Mn0.05(OH)2的FESEM图，图1c、d分别为Li2Zr O3包覆前后的高镍三元正极材料Li Ni0.85Co0.1Mn0.05O2(NCM)的FESEM图。球形前驱体表面在包覆前由许多纵横交错的絮状物组成且在表面形成很多空隙，包覆后，前驱体表面的空隙变少。这是由于Zr(OH)4的包覆在絮状物上面沉积了一层薄膜，薄膜遮盖了絮状的表面所致。同步锂化后的球形高镍三元正极材料轮廓分明，半径约为7μm，包覆样的正极材料没有看到明显的包覆层，包覆薄膜会在后面的表征中得到进一步的确认。2.2 包覆对材料表面元素分布的影响


本文编号：3389874