隨著煤、石油以及天然氣等化石能源的不斷消耗,能源和環(huán)境問題已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn),可持續(xù)、可再生新能源的開發(fā)和利用迫在眉睫。鋰離子電池作為一種優(yōu)異的儲能裝置,由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電小等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是現(xiàn)代高性能儲能電池的代表。為減少化石燃料的消耗與溫室氣體的排放,電動汽車發(fā)展迅速,但動力電池能量和功率密度的不足極大地限制其廣泛應(yīng)用。作為最具發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料之一,鎳鈷錳三元正極材料雖具有成本適中、比容量高等優(yōu)點(diǎn),但也存在一些急需解決的問題,如電子導(dǎo)電率低、高倍率穩(wěn)定性差等。而單晶鎳鈷錳三元正極材料不僅能夠提高材料高電壓下容量的發(fā)揮,還可有效改善材料的循環(huán)性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等問題。

本文采用水熱法制備單晶納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料的前驅(qū)體Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2,通過補(bǔ)充適量鋰源、高溫煅燒,制得單晶納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2,系統(tǒng)研究煅燒條件中升溫速率及氣氛對其形貌、結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能等的影響,同時利用氟摻雜、氧化鋁包覆兩種方式進(jìn)行改性研究,進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能。

采用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、X射線光電子能譜等表征手段對所合成材料的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并通過恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等測試方法對材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。主要研究結(jié)論如下:

(1)在800℃下于空氣中以每分鐘2℃的升溫速率煅燒5 h后所得單晶納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2具有較規(guī)整的二維六邊形納米片結(jié)構(gòu),分散性較好,顯著提高了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,可有效抑制晶格中陽離子混排現(xiàn)象。

(2)通過低溫煅燒法對單晶納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2進(jìn)行氟摻雜,可穩(wěn)定材料的晶體結(jié)構(gòu),促進(jìn)晶體生長,改善材料的結(jié)晶性能,氟摻雜量摩爾比為2%時,復(fù)合材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(1.98)F_(0.02)的電化學(xué)性能最優(yōu)異。

(3)通過對單晶納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2表面包覆Al_2O_3發(fā)現(xiàn),Al_2O_3涂層可以減少充放電過程中活性物質(zhì)的損失,緩解在循環(huán)過程中電解液與材料之間副反應(yīng)的發(fā)生,其包覆質(zhì)量比為0.11%時,復(fù)合材料Al_2O_3-LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性最佳。