钛锆镁铝共掺杂改性高镍正极晶格及电化学性能研究

高镍材料由于其较高的镍含量,在充放电过程中表现出十分不稳定的性能,元素掺杂是改善这一问题的主要方法之一。本章利用Ti^(4+)、Zr^(4+)、Mg^(2+)、Al^(3+)四种离子对LiNi_(0.84)Co_(0.11)Mn_(0.05)O_(2)高镍三元正极材料进行掺杂改性,研究多元素掺杂引入高镍正极对晶体结构、形貌及电化学性能的影响,同时对掺杂后的煅烧温度进行探究。结果表明掺杂材料的最优煅烧温度为770℃。掺杂元素均进入体相,没有明显的包覆层,且基本不会改变材料的晶体结构。与未改性及其他掺杂的LiNi_(0.84)Co_(0.11)Mn_(0.05)O_(2)相比,Ti^(4+)、Zr^(4+)、Mg^(2+)、Al^(3+)四元素掺杂的LiNi_(0.84)Co_(0.11)Mn_(0.05)O_(2)材料具有更低的阳离子混排、被抑制的循环过程电压极化、更稳定的碱金属层与过渡金属层的结构。Ti-Zr-Mg-Al共同掺杂的样品表现出相对于原样更加优异的电化学性能,在2.7~4.3 V,1 C下循环100圈有81.6%的容量保持率;在5 C高倍率下放电容量有165.7 mAh·g-1。

锂离子电池富镍正极基础科学问题:关键元素掺杂及其作用机制

富镍层状氧化物因其相对较高的比容量成为高能量密度锂离子电池的首选正极,进一步提高Ni含量,材料特性趋向于LiNiO_(2),电化学和结构稳定性恶化。晶格元素掺杂是提升LiNiO_(2)稳定性的有效策略。厘清LiNiO_(2)正极材料结构并明晰掺杂元素对其影响及规律,对开发Ni含量大于90%的富镍正极材料具有重要意义。本文首先介绍了LiNiO_(2)材料结构及面临的稳定性问题。然后综述了Co、Mn、Al、Mg、Ti、Zr、W等典型掺杂元素对LiNiO_(2)的影响及规律,并讨论了阴离子和多元素掺杂以及有潜力的掺杂元素。本文旨在对LiNiO_(2)掺杂提供一个新的视角,以期使用更有效的掺杂方案开发可用于动力电池的高容量稳定的富镍正极材料。