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随着新能源汽车的发展,人们对锂离子电池的能量密度、使用寿命、倍率性能、热稳定性等性能提出了更高的要求。高镍三元正极材料(LiNixCoyMn1-x-yO2和LiNixCoyAl1-x-yO2,x≥0.5)由于具有能量密度高、成本低等优点成为当前动力电池体系中最有应用前景和市场竞争力的锂离子电池正极材料之一。镍含量的增加使高镍三元材料的比容量相应地获得提升,但是也带来生产工艺难度加大、循环稳定性和热稳定差等问题,严重限制了其商业化应用。本文的主要研究工作如下:1、经共沉淀法制备的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的残碱、残锂容易与电解液发生副反应,另外高镍材料的热稳定性和安全稳定性比较差,需要进行表面包覆改性以改善其性能。由于在常规包覆过程中锆盐水解后的产物与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的相互作用较弱,难以保证氧化锆在正极材料表面包覆的均匀性。我们设计了一种通过柠檬酸对前驱体预处理,利用柠檬酸和过渡金属离子之间的强共价键作用实现ZrO2在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的均匀包覆。论文研究了 ZrO2包覆量对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的循环稳定性、倍率性能等电化学性能的影响。研究结果表明,采用本方法可在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面形成厚度约7 nm的ZrO2包覆层,可显著地改善LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的电化学性能。其中,1 wt%ZrO2包覆量正极材料在1 C电流密度下循环300圈后的容量保持率由包覆前的57.1%提升至98.7%,热失控起始温度也由281.7℃提升到290.1℃。2、由于Ni(OH)2、Co(OH)2、Al(OH)3的溶度积差异较大,采用常规的氢氧化物共沉淀方法制备LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料时A13+沉淀速度过快,造成合成材料元素分布不均匀。为此我们采用偏铝酸钠为原料,以降低A13+的沉淀速度,实现Ni2+、Co2+、A13+三者共沉淀的目的。论文研究了 pH值、煅烧温度对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料结构的影响,对LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的合成工艺条件进行了优化。实验结果表明LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料合成的最佳工艺条件为pH为11.0,煅烧温度为750℃。在此条件下制备的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料在0.5 C电流密度下首次放电容量为178.2 mAh g-1,经过100次循环后容量保持率为83.6%。3、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料具有类似的容量衰减快、安全稳定性欠佳的问题,需要对其进行表面包覆改性以改善其性能。磷酸锆锂是一种快离子导体,可以在包覆后不减少材料容量的同时有效地提高锂离子的扩散速率。我们以焦磷酸钠为原料通过湿法反应在LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料表面包覆磷酸锆锂,包覆改性后的材料在0.5 C下经过400次循环后容量保持率由46.9%提升到58.8%。此外,我们还将LNCM811和LNCA按照不同比例混合改性,研究结果表明 75%的 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2与 25%的LiNi0.8Co0.15 Al0.05O2混合改性样品的放电比容量和循环稳定性最佳。