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本文选择FePO4和TiO2两种物质对层状正极材料LiNixCo1-xO2进行表面包覆改性,并研究了表面化学镀镍处理LiNixCo1-xO2正极材料的性能。分别采用X-射线衍射、扫描电子显微镜、充放电性能测试、电化学阻抗谱和循环伏安等测试分析方法,对包覆前后材料的结构、表面形貌及其循环稳定性和电化学综合性能进行了研究。实验结果表明,表面包覆修饰是改善锂离子电池层状正极材料循环稳定性能及其电化学综合性能的一种有效方法。
选用共沉淀法合成了LiNixCo1-xO2层状正极材料,研究表明其具有与LiCoO2相同的α-NaFeO2型层状结构,并且发现在掺杂Ni后材料LiNixCo1-xO2的电化学阻抗有所减小,使得其放电比容量显著增大,同时材料的循环性能也得到了提高。当取x=0.3时,所得产物LiNi0.3Co0.7O2的综合性能较佳,其首次放电比容量为131.531mAh·g-1,经过30次循环后放电比容量变为105.058mAh·g-1,容量保持率为79.87%。
用沉淀法在层状的LiNi0.3Co0.7O2材料表面包覆一层FePO4,其表面包覆层均匀致密,包覆后未改变LiNi0.3Co0.7O2的α-NaFeO2型层状结构。由于包覆层增大了电化学反应阻抗,使材料的放电比容量比未包覆前有所降低,但包覆有效的改善了材料的循环性能,提高了其容量保持率。当FePO4包覆量比例为1.0%时,其综合性能较好,首次放电比容量为127.925mAh·g-1,经过30次循环后容量保持率为90.52%,与未包覆前相比,循环性能得到显著提高。
以钛酸四丁酯为原料合成了TiO2包覆LiNi0.3Co0.7O2的正极材料,结果表明,包覆后未改变LiNi0.3Co0.7O2的α-NaFeO2型层状结构,且材料的表面包覆层均匀致密,颗粒粒径大小均一。由于TiO2包覆层在某种程度上阻碍了锂离子和电子在界面层间的转移,增大了电化学反应阻抗,使得包覆后材料的放电比容量有所降低,但包覆有效的改善了材料的循环性能,提高了其容量保持率。当TiO2包覆比例为1.5%时,首次放电比容量为122.387mAh·g-1,经过30次循环后容量保持率达到91.03%,其综合性能较好。
此外,采用表面化学镀镍处理LiNi0.3Co0.7O2正极材料,通过实验研究发现表面Ni层的存在有效地抑制了正极材料与电解液的相互作用,减少了材料表面层状结构的破坏。化学镀镍后其首次放电比容量为125.516mAh·g-1,经过30次循环后放电比容量为114.659mAh·g-1,容量保持率为91.35%,与未包覆前相比,表面化学镀镍处理改善了LiNi0.3Co0.7O2层状正极材料的循环稳定性能及其电化学综合性能。
选用共沉淀法合成了LiNixCo1-xO2层状正极材料,研究表明其具有与LiCoO2相同的α-NaFeO2型层状结构,并且发现在掺杂Ni后材料LiNixCo1-xO2的电化学阻抗有所减小,使得其放电比容量显著增大,同时材料的循环性能也得到了提高。当取x=0.3时,所得产物LiNi0.3Co0.7O2的综合性能较佳,其首次放电比容量为131.531mAh·g-1,经过30次循环后放电比容量变为105.058mAh·g-1,容量保持率为79.87%。
用沉淀法在层状的LiNi0.3Co0.7O2材料表面包覆一层FePO4,其表面包覆层均匀致密,包覆后未改变LiNi0.3Co0.7O2的α-NaFeO2型层状结构。由于包覆层增大了电化学反应阻抗,使材料的放电比容量比未包覆前有所降低,但包覆有效的改善了材料的循环性能,提高了其容量保持率。当FePO4包覆量比例为1.0%时,其综合性能较好,首次放电比容量为127.925mAh·g-1,经过30次循环后容量保持率为90.52%,与未包覆前相比,循环性能得到显著提高。
以钛酸四丁酯为原料合成了TiO2包覆LiNi0.3Co0.7O2的正极材料,结果表明,包覆后未改变LiNi0.3Co0.7O2的α-NaFeO2型层状结构,且材料的表面包覆层均匀致密,颗粒粒径大小均一。由于TiO2包覆层在某种程度上阻碍了锂离子和电子在界面层间的转移,增大了电化学反应阻抗,使得包覆后材料的放电比容量有所降低,但包覆有效的改善了材料的循环性能,提高了其容量保持率。当TiO2包覆比例为1.5%时,首次放电比容量为122.387mAh·g-1,经过30次循环后容量保持率达到91.03%,其综合性能较好。
此外,采用表面化学镀镍处理LiNi0.3Co0.7O2正极材料,通过实验研究发现表面Ni层的存在有效地抑制了正极材料与电解液的相互作用,减少了材料表面层状结构的破坏。化学镀镍后其首次放电比容量为125.516mAh·g-1,经过30次循环后放电比容量为114.659mAh·g-1,容量保持率为91.35%,与未包覆前相比,表面化学镀镍处理改善了LiNi0.3Co0.7O2层状正极材料的循环稳定性能及其电化学综合性能。