Na2PO3F对LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2材料的复合改性及机理分析

采用湿化学法使用Na₂PO₃F对LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂进行表面改性, 得到F^–掺杂和LiF包覆的正极材料. X射线衍射谱(XRD)结果显示(003)衍射峰向高角度偏移, 结合X射线光电子能谱(XPS)及透射电子显微镜(TEM)证明F^–进入到材料晶格内部; 扫描电镜(SEM)、TEM及XPS结果显示, 改性后材料表面存在均匀LiF包覆层, 可提高电极/电解液界面稳定性, 改善循环稳定性; 通过计算锂离子扩散系数, 证明Li⁺传输速率得到提升, 倍率性能改善. 电化学性能测试结果显示, 材料的循环稳定性和倍率性能均得到显著提高: 在2.75~4.3 V电压窗口下, 材料1 C循环200周后容量保持率由32.2%提高到65.2%, 10 C条件下放电比容量由145.7 mAh/g提高到161.5 mAh/g. 对循环后极片进行XPS分析, 正极-电解质界面(CEI层)层中的LiF, Li_xPO_yF_z, NiF₂减少, 有利于提高材料稳定性及循环性能.     

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

高镍三元材料作为一种锂离子电池正极材料,因其较高的放电比容量而得到科学界和工业界的广泛关注。研究表明,高镍三元材料的比容量与材料中的Ni含量呈正相关,但Ni含量的增加也会加剧循环过程中的界面副反应,材料表面释氧以及结构转变等问题。本文采用ZrO₂包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,利用X射线衍射证明,在高温处理下ZrO₂包覆物中的Zr⁴⁺会掺杂进LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料表面晶格中,使得X射线衍射谱中的(003)衍射峰左移。电化学测试证明在4.3和4.5 V的截止电压下,改性最优的材料在1C循环100周后容量保持率分别从84.89%和75.60%提高到97.61%和81.37%,同时发现循环稳定性的提升主要来自材料表面的Zr⁴⁺掺杂。X射线光电子能谱证明Zr⁴⁺表层掺杂后材料的Ni化合价由Ni3+向Ni²⁺转变,透射电子显微镜观察到Zr⁴⁺的表层掺杂使得材料表面的层状结构发生重构,从而稳定了材料体相结构,提高了材料整体的循环稳定性。