随着锂离子电池的发展,富镍系正极材料得到极大的关注,LiNio.8Co0.15Al0.05O2(以下统一简称NCA)是这类材料的典型代表,它具有高容量、高倍率性、低成本等明显优势,可作为动力电池的正极材料。根据现阶段的研究结果来看,目前的工艺仍然存在着许多的不足,材料的循环性能以及热稳定性等难以达到实际应用的要求。因此对NCA的制备方式进行优化以及采用不同的材料对其进行改性,以利于NCA在实际生活中的广泛应用。论文对硝酸铝和硫酸铝通过共沉淀-高温固相法制备NCA的工艺展开研究,通过设计不同的铝源和反应条件优化出制备前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2.05的最佳工艺条件。对制备NCA过程中的反应时间、pH值、煅烧温度以及反应物料量进行正交实验。经过研究分析得出了 NCA的最佳制备工艺。进一步探索反应时间以及pH值对前驱体振实密度以及制备成的NCA的电化学性能的影响。在其他条件相同的情况下,观察不同前驱体反应时间对正极材料电化学性能的影响,得出最佳反应时间为18 h,采用同样的单一变量法,得到最佳pH值为11.2。由于NCA中镍含量较高,高镍材料固有的锂镍混排、锂残渣含量较高以及在空气中易吸潮等问题还未得到根本解决,导致它在动力电池领域的应用受到限制。针对以上问题,对NCA进行表面包覆处理。采用NH4V03在NCA表面进行包覆,以此改善材料的电化学性能。其中发现采用2%的NH4V03对NCA进行包覆后,NCA的循环性能和倍率性能都有很大的提高。NH4V03处理后的NCA在1C倍率下,50次循环之后的比容量保持率由47.2%提升到62.0%,倍率性能也明显得到改善。在5C倍率下,未处理的NCA比容量只有72mAh·g-1,而经过NH4V03处理后NCA比容量提高到106 mAh·g-1。采用Li2O-2B2O3玻璃态快离子导体作为包覆层对NCA表面进行包覆,以此改善材料的循环性能和倍率性能。在最佳的包覆用量下,包覆后的NCA的循环性能和倍率性能都有很大的提高。Li2O-2B203包覆之后的NCA在0.2C倍率50次循环之后的比容量保持率由49.1%提升到75.1%。倍率性能也明显得到改善,在5C倍率时,未包覆NCA的比容量只有60mAh-g-1,在包覆Li2O-2B2O3后NCA的比容量提高到123 mAh·g-1。Li20-2B2O3对于材料的循环性能和倍率性能的提升有着很重要的作用。进一步提出采用H3BO3对NCA表面进行处理,从而来提高NCA的电化学性能。以酒精为溶剂,将H3BO3包覆在NCA的表面,研究了H3BO3包覆后对NCA的形貌、结构、电化学性能的影响。在最佳用量下,NCA的循环性能和倍率性能都有很大的提高。H3B03处理后的材料在1C倍率50次循环之后的容量保持率由40.1%提升到50.3%。倍率性能也明显得到改善,在5C倍率时,未处理的NCA比容量只有68mAh·g-1,而H3B03处理后NCA的比容量提高到110mAh·g-1。
