高性能層狀高鎳NCM材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能研究.pdf

1、LFP型鋰離子動力電池目前已在電動汽車上廣泛應(yīng)用，但這種鋰離子動力電池的比能量密度較低，不能滿足下一代鋰離子動力電池的要求（300Wh/KG）。正極材料是限制鋰離子動力電池比能量密度的關(guān)鍵。近幾年，高鎳NCM層狀材料以其高能量密度和倍率性能，有望滿足下一代鋰離子動力電池的要求。但這種材料的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差，有待進一步提高。
　　為了提高高鎳NCM材料的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，研究者先后將其設(shè)計成為核殼結(jié)構(gòu)、多級核殼結(jié)構(gòu)、濃度

2、梯度結(jié)構(gòu)、全濃度梯度結(jié)構(gòu)等特殊結(jié)構(gòu)，希望利用富鎳核的高容量和富錳殼的高穩(wěn)定性，實現(xiàn)核與殼的功能互補。結(jié)果也發(fā)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的NCM材料具有顯著提高的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。但上述研究均是將特殊結(jié)構(gòu)NCM材料與非核殼NCM材料作比較，沒有進行不同特殊結(jié)構(gòu)NCM材料之間的比較，因而無法進一步優(yōu)化這些特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　針對上述問題，本論文以高鎳NCM材料（LiNi0.68Co0.13Mn0.19O2）為研究對象，在不改變總成分的條件下，分別

3、將其設(shè)計成非核殼結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)、多級核殼結(jié)構(gòu)、全濃度梯度結(jié)構(gòu)，并采用共沉淀-高溫固相法合成這些特殊結(jié)構(gòu)材料。ICP結(jié)果表明，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)材料其理論含量與實際摩爾含量相近，達到實驗設(shè)計的要求。根據(jù)XRD，SEM以及截面 EDS分析可知，成功合成了這些特殊結(jié)構(gòu)材料。振實密度結(jié)果表明，核殼結(jié)構(gòu)、多級核殼結(jié)構(gòu)、全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料均具有比非核殼材料更高的振實密度。電化學(xué)測試表明，全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料表現(xiàn)出最為優(yōu)異的循環(huán)性能，核殼結(jié)構(gòu)和多級核殼結(jié)構(gòu)材

4、料也表現(xiàn)出較為優(yōu)異的循環(huán)性能，但多級核殼結(jié)構(gòu)較核殼結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢并不明顯，而非核殼結(jié)構(gòu)材料在經(jīng)過循環(huán)后容量明顯衰減，低于其余三種結(jié)構(gòu)材料。EIS分析可知，全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料在不同循環(huán)周數(shù)的電荷轉(zhuǎn)移阻抗最小，核殼結(jié)構(gòu)與多級核殼結(jié)構(gòu)也具有較小的電荷轉(zhuǎn)移阻抗，而非核殼結(jié)構(gòu)的電荷轉(zhuǎn)移阻抗最大。熱穩(wěn)定性分析表明，全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料具有最好的熱穩(wěn)定性，核殼結(jié)構(gòu)與多級核殼結(jié)構(gòu)也具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而非核殼結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性則較差。
　　綜上所