解读三元NCM材料改性处理研究的进展.doc

解读三元NCM材料改性处理研究的进展　　锂离子电池作为一种低毒，高效的二次电源，已经成功的运用在了消费电子领域特别是近年来政府大力推动电动汽车产业的发展，锂离子电池凭借其在能量密度，可靠性等方面的优势，迅速占领了电动汽车领域　　传统的钴酸锂材料，虽然技术成熟，但是比容量低，钴价格高，导致钴酸锂成本高，限制了钴酸锂在动力电池方面的应用今年发展起来的三元材料凭借着其在成本和比容量方面的优势，正在电动力电池领域迅速占领市场例如NCM材料，凭借着其高容量，低成本的优势如今已经在动力电池市场，与磷酸铁锂材料形成了平分秋色的之势　　但是三元材料，如NCM材料，其循环稳定性不佳，倍率性能不佳，这限制了其进一步发展和应用为了提高三元材料的性能，学者们也开展了针对性的研究三元材料稳定性不佳的主要原因是因为Ni和Mn的引入Ni元素的引入，提高了材料的容量，Ni的含量越高，材料的容量也就越高，例如高镍材料NCM811其比容量可以达到220mAh/g左右，但是Ni的加入也引起了材料的稳定性变差，这主要是因为，材料中的Ni元素价态不稳定，Ni3+容易发生歧化反应，产生Ni2+，Ni2+离子半径与锂离子半径接近，容易进入到锂层发生混排，占据锂离子的点位，阻止锂离子进入，从而造成不可逆的容量损失。

另一个造成材料稳定性差的原因是Mn元素，Mn离子在John-Teller效应的左右下，发生畸变，从而进入到电解液，导致材料的结构发生破坏，造成电池的容量衰减　　大量的研究表明，表面包覆能够显著的改善材料的循环稳定性，这主要是得益于，材料表面的包覆层，将活性物质与电解液进行隔离，从而抑制了副反应的发生，提高了材料表面的结构稳定性，增加了材料的循环寿命例如Wu等人对NCM111材料表面进行了包覆TiO2处理，测试结果表明，材料的循环性能得到了显著的提高而Groner的研究则表明，在材料的表面包覆一层纳米级的Al2O3时，可以加快材料表面的电荷交换速度，从而提高材料的电化学性能　　中科院宁波材料研究所的孟焕平等，则采用溶胶-凝胶法在LiNi1/3Co1/3Mn1/3颗粒表面包覆了一层纳米级厚度的Al2O3，从而提高了材料在较高截至电压下的循环稳定性和倍率性能物理和电化学表征手段研究表明，Al2O3的最佳包覆量在2%左右，此时Al2O3包覆层的厚度在20-30nm，包覆量过多或者过少都会影响材料的电化学性能，这是由于包覆量过低时LiNi1/3Co1/3Mn1/3颗粒表面不能形成完整的Al2O3包覆层，难以活性物质和电解液发生副反应，当包覆量过高时，包覆层太厚，限制了Li+的迁移，从而影响材料的性能。

经过包覆处理的材料在2.8-4.5V的电压范围内，在0.2C倍率下，首次放电比容量达到181mAh/g，经过50次循环后容量保持率有97.4%，而且在5C的倍率下，其放电比容量仍然可以达到152mAh/g显示Al2O3包覆在提高NCM材料在高电压下的循环寿命和倍率性能上具有很大的应用潜力。