高镍三元正极材料添加剂的作用机理研究

大学本科生毕业设计(论文)摘 要化石能源面临枯竭，环境问题日益严峻，探索绿色清洁、环境友好的可持续发展能源并开发高效的储能技术是当今社会面临的重要挑挑战，电动汽车行业应运而生。伴随锂离子电池在电动汽车上的广泛应用，对正极材料的能量密度、功率密度以及长循环稳定性能等方面有了更高的要求。高镍三元正极材料（LiNi1-x-yCoxMnyO2）具有较高的能量密度和倍率性能，是动力锂离子电池正极材料的理想选择之一。提高材料的 Ni 含量和电池的充电截止电压可以有效的提升电池的能量密度，但是三元材料的结构稳定性也因此急剧下降，在电池循环过程中，其层状结构会发生部分不可逆相变，并伴随有晶格失氧和阳离子混排现象，电极/电解液界面副反应等导致循环过程中界面电阻急剧增大，严重影响动力锂离子电池的使用性能。因此，在保证其能量密度的前提下，对高镍三元正极材料进行稳定化处理，去除颗粒表面残留的含锂化合物，提高其安全性能和循环寿命是目前亟需解决的技术问题。针对高镍三元正极材料（LiNi1-x-yCoxMnyO2）界面副反应严重，且会加剧体相结构衰退等问题，本文采用了一种工艺简单且可操作性强的表面改性方法，以 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为实验对象，通过在正极浆料制备过程中添加一定量的含氟锂盐（LiTFSI），有效去除了颗粒表面残留的含锂化合物，并在其二次颗粒表面形成了一层薄而均匀的包覆层。实验结果证明，经 LiTFSI改性后，LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料循环过程中的界面阻抗增加明显减小，与未改性样品对比，其循环 100 次后其容量保持率从 53%提升到了 95%。同时，改性后样品也体现出更好的倍率性能。通过对充放电过程的进一步研究发现，改性材料充放电过程中氧化电位与还原电位之间的极化减小，说明 LiTFSI使材料结构稳定性得到提高。同时，本次实验也为优化高镍三元正极材料（LiNi1-x-yCoxMnyO2）的电化学性能提供了研究思路。- I -关键词： 高镍三元正极材料，层状氧化物，LiTFSI 正极添加剂，包覆大学本科生毕业设计(论文)The function of Ni-rich LiNi1-x-yCoxMnyO2 cathodes materials additiveAbstractAs fossil energy is exhausted and environmental problems become increasingly serious, the exploration of green, clean, environmental-friendly and sustainable energy as well as the development of efficient energy storage technology are important chal...