LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的制备及其包覆改性研究

三元层状正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2由于具有比容量高、成本低、安全性能好等优点,成为了人们研究的重点。本文针对正极材料在制备过程中容易出现锂缺失以及阳离子混排,大电流下放电容量低、循环稳定性差、倍率性能欠佳等问题,分别通过优化配锂量、磁控溅射镀碳、锂离子导体材料Li2SiO3和LiTiO2包覆改性等方法来提高材料的电化学性能,主要研究内容和结果如下:（1）采用高温固相法合成LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料,研究了配锂量对正极材料性能的影响。其中,配锂比为1.15的材料综合性能最优,在2.7-4.5V之间,0.2C、1C倍率下首次放电比容量分别为183.0 mAh/g、163.2 mAh/g,1C倍率循环前后材料的电荷转移阻抗从240.3Ω增加到1218Ω,表明高倍率下容量衰减的主要原因是由于电极与电解液发生副反应,电荷转移阻抗Rct增大。（2）利用磁控溅射镀碳对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2进行碳包覆,提高材料的导电性。溅射90 min时,正极材料表面的碳膜厚度约为20 nm,1C倍率首次放电比容量达到170.6 mAh/g,5C倍率的放电比容量达到89.3 mAh/g,相比原粉提高了约51.8%。镀碳90min样品在循环后的Rct值仅为680.2Ω,说明碳包覆能够抑制电荷转移阻抗的增大,提高电化学性能。（3）采用溶胶凝胶法对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极粉体进行Li2SiO3包覆改性。当包覆量为0.3 wt%时,正极材料在1C倍率的首次放电比容量为181.0 mAh/g,循环50次后容量保持率达到90%;5C倍率下放电比容量为122 mAh/g,相比原粉增加了约63 mAh/g;电荷转移阻抗Rct达到最小为185.1Ω,表明Li2SiO3包覆层能够抑制副反应的发生,提高电极/电解质界面的稳定性,减小电荷转移阻抗,促进锂离子的扩散。（4）对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2进行固态电解质LiTiO2表面改性。包覆量为0.3 mol%时,综合电化学性能最佳,1C倍率下首次放电比容量为178.0 mAh/g,循环50次后的容量保持率达到97.3%;5C倍率下的放电比容量达到130.2 mAh/g,并且在10个循环后容量几乎没有衰减。这主要归因于固态电解质LiTiO2在保护电极不受电解液侵蚀的同时还能提高锂离子的扩散系数。