納米Al2O3包覆富鋰錳基正極材料Li1.2>Ni0.13>Co0.13>Mn0.54>O2的性能研究

陳良丹, 鄒 偉, 吳 亮, 夏凡杰,2, 胡執一,2, 李 昱,2, 蘇寶連,3

(1. 武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室, 武漢 430070;2. 武漢理工大學微納結構研究中心, 武漢 430070; 3. 那慕爾大學無機材料化學實驗室, 那慕爾 B-5000)

近30年來, 鋰離子電池由于具有能量密度高、 壽命長、 自放電小及綠色環保等優點, 在電化學儲能與轉換裝置領域中一直備受關注, 并被廣泛應用于小型便攜式電子設備、 電動汽車(EV)和大型智能儲能領域[1～4]. LiCoO2作為第一代商業用鋰離子電池正極材料, 其制備工藝已十分成熟, 但LiCoO2仍存在比容量低、 成本高和環境污染等缺陷. 隨著對高能量動力電池需求的不斷擴大, 研究者對高能量和高功率密度的正極材料展開了進一步研究[5,6]. 富鋰錳基正極材料(Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2)由于具有比容量高(>250 mA·h/g)、 成本低以及安全性能穩定等優勢引起了人們的廣泛關注[7～9]. 但是, Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2仍存在首次庫侖效率低、 容量衰減快以及倍率性能差等問題, 嚴重影響了其商業化應用[10～14].

為改善Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的電化學性能, 人們嘗試了許多改性方法[15], 如離子摻雜(Na[16], Zr[17], F[18]等)和表面包覆[金屬氧化物(ZnO[19]、 Al2O3[20]和V2O5[21])、 氟化物(GaF2[22]和AlF3[23])和磷酸鹽(Li3PO4[24])]等. 其中, 表面包覆改性方法已被證實可以有效抑制HF擴散, 提高電解液/電極界面穩定性, 是改善富鋰錳基正極材料電化學性能的有效途徑. Li等[25]發現SnO2層能有效地保護Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正極材料不受電解液中HF的腐蝕, 提高電極材料的穩定性, 從而制得了具有長循環壽命的正極材料. Yan等[26]發現AlF3包覆對Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料中的MnO2具有較好的預活化性能, 從而可降低電荷轉移……