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ZrO2包覆高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料提高其循环稳定性的作用机理

2021-04-02苏岳锋张其雨陈来包丽颖卢赟陈实吴锋

物理化学学报 2021年3期
关键词:结构

苏岳锋,张其雨,陈来,*,包丽颖,卢赟,陈实,吴锋,*

1北京理工大学材料学院,环境科学与工程北京市重点实验室,北京 100081

2北京理工大学重庆创新中心,重庆 401120

1 引言

锂离子电池作为一种新型可移动储能装置在电子设备日益普及的今天得到了广泛的应用1–4。近年来,随着新能源电动汽车行业的飞速发展,高比能量、长循环寿命的锂离子动力电池逐渐成为锂离子电池体系的研发重点5–7。锂离子电池主要由正极材料、负极材料以及电解液组成。正极材料相比于负极材料比容量较低,限制了锂离子电池的整体性能,因而提高其比容量以及循环寿命成为提高锂离子电池性能的关键8–12。据目前的报道,高镍层状三元正极材料(LiNixMnyCo1-x-yO2,x≥0.6),因其较高的比容量,已经成为产学研界的研究焦点13–15。近年来的研究中高镍材料中的Ni含量不断被提高以获得更高的比容量16–19。但Ni含量升高的同时会带来材料结构的劣化,在高荷电态下具有催化活性的Ni4+会加剧正极材料与电解液之间的界面副反应,引发材料金属离子溶出和表面释氧20–22,继而发生从层状相到类岩盐相的结构转变,导致正极材料结构和循环稳定性的下降,从而降低锂离子电池的使用寿命23,24。

目前提高高镍三元材料循环稳定性的策略主要分为两种,一是表面包覆改性工艺,通过在高镍三元材料的表面构建包覆层,如氧化物包覆层、快离子导体包覆层等,来降低正极材料与电解液之间的接触,消除材料表面的Li2CO3等残碱,从而抑制界面副反应的发生,提高材料的结构和循环稳定性25–30;……

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