助熔剂法制备单晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料

摘要：

高镍三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)具有比容量高、成本较低和安全性较高等优点,已成为新一代高能量密度锂离子电池的首选正极材料之一.但材料晶胞在充电和放电过程中发生收缩和膨胀,导致多晶态的NCM811由于晶间应力而产生微裂纹,材料的循环寿命尚不理想.与多晶态的三元材料相比,单晶三元材料具有更优的力学性能、热稳定性和循环稳定性.本文优选了低熔点混合助熔剂LiNO3-LiOH,并将其应用于合成单晶NCM811材料,借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学测试等方法,研究了助熔剂用量和烧结温度对产物NCM811材料的结构、形貌、电化学性能的影响,并通过掺杂Mg元素对材料进行进一步的改性.结果表明,助熔剂在"助熔剂-前体"混合物中的摩尔分数为90％、烧结温度为800°C时,制备的单晶NCM811材料的粒径为1～2μm,结晶性良好,且具有优异的电化学性能和循环稳定性.Mg元素掺杂的单晶NCM811材料的循环稳定性得到进一步提高,以1 C倍率进行充放电,经过100次循环后的放电比容量为165.4 mA·h/g,容量保持率为97.7％.而采用商品前体制备的多晶态的NCM811材料,以1 C倍率进行充放电,循环100次后的放电比容量为132.9 mA·h/g,容量保持率为75.0％.表明单晶NCM811材料的循环稳定性和电化学性能均明显优于多晶态的NCM811材料.

关键词：单晶高镍三元材料、助熔剂合成法、元素掺杂、锂离子电池

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分类号：TM911

资助基金：大连化物所与青岛能源所两所融合基金项目DICP&QIBE-BTUN201702

在线出版日期：2020-11-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：1702-1713