不可再生资源的枯竭以及传统燃油汽车造成严重的污染,推动电动汽车进一步广泛应用。电动汽车的续航一直都是核心问题,其关键技术在于正极材料的开发。具有层状结构的高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(简称NCM811)三元正极材料凭借高能量密度、低成本以及环境友好等优点,成为各大电池厂争相开发的正极材料。NCM811正极材料在应用中存在诸多问题,主要表现在结构不稳定、热稳定性差、碱度高以及储存条件苛刻等,从而极大限制了进一步应用。本文主要从材料合成条件、前驱体预氧化处理和阴阳离子共掺三个方面进行改进。(1)本论文通过细化合成过程中的氧气流量,优化合成工艺获得最佳的NCM811样品,并探究不同氧气流量对样品的结构、形貌以及电化学性能的影响。经分析发现,样品表面形貌不会因不同氧气流量而改变,且氧气流量达到0.1 L/min具有最佳的性能,最低的阳离子混乱程度,有序的层状结构,优良的循环性能和倍率性能。特别是在高压下,其循环性能也更稳定。在1C下,氧气流量0.1 L/min下合成的样品在100次循环后,放电容量仍能有174 mAh g-1,并有最高的容量保留率98.3%,在2C下的保留率也有96.8%。甚至在倍率测试下,在5 C下放电容量仍能有145.1 mAh g-1。在电压范围3-4.5 V下,在1 C下循环100圈后容量保留率有85.8%。因此细化氧气流量可以极大提高材料各方面性能。(2)本论文以重铬酸钾为氧化剂,对前驱体进行预氧化处理,表面的Ni2+立刻会氧化成Ni3+,并获得更有序的表面结构的前驱体。后再与锂源混合在氧气气氛下煅烧获得更有序的表面结构的样品。通过XRD、SEM分析发现,前驱体预氧化并不会有新相生成,合成的材料表面形貌没有明显变化,且阳离子混乱程度有所降低。经过重铬酸钾预氧化前驱体,其样品的电化学性能有较大提高。特别是重铬酸钾添加量为1%的样品具有最佳的性能,在1 C、3-4.3 V下循环50次后容量仍能保留了 177.7 mAh g-1,容量保留率高达99.1%,而原样经循环50次后容量才只有161.6 mAh g-1,容量保留率96.6%。当充到高电压4.5 V时,NCM-1可以导出放电容量200.9 mAhg-1,50次循环后保留了 173.2 mAh g-1,而原样经循环50次后有165 mAhg-1。电化学性能的提高归功于在表面形成更加有序的层状结构。还有Ni2+的含量减少,从而降低了阳离子混乱程度,增加电荷转移的动力学和锂离子扩散。(3)本论文通过P-F共掺提高NCM11正极的结构的稳定性,尽管初始容量略有降低,但NCM811材料的循环性能得到有效改善。经过100次循环后,对于0.5%和1%LiPF6溶液掺杂的NCM811样品,在0.5 C时,容量保持率达到了88.8%(159.5 mAh g-1)和 94.4%(162.3 mAh g-1)。与原始 NCM811 相比要高得多(77.7%,143.6 mAh g-1)。在1 C时也获得了类似的趋势,0.5%PF-NCM811样品具有87.6%的最佳容量保留率提高。循环稳定性的提高归P和F的共掺杂、六方(H2)-六方(H3)相变的可逆性增强,降低电极极化。总体而言,P和F共掺杂NCM811材料有望作为正极材料用于高能LIB。