改善鋰離子電池電化學(xué)性能的方法

開發(fā)了一種具有富鋁表層的正極材料LiNi0.80Co0.15Al0.05O2（NCA），與那些傳統(tǒng)固態(tài)反應(yīng)生成的純質(zhì)NCA相比，其具有良好的電化學(xué)性能。采用流化床涂敷技術(shù)和熱處理工藝，形成了具有梯度濃度成分的富鋁表層：流化床NCA粉末和含有氧化鋁溶膠-異丙醇溶液噴霧混合在一個(gè)密閉空間，然后在600℃富氧環(huán)境下進(jìn)行熱處理。對于電化學(xué)性能的測量，正極用正電極材料制成的正極與2032型鈕扣電池組裝成鋰金屬陽極，用乙烯碳酸二乙基碳酸鋰作為電解質(zhì)。測試結(jié)果表明，富鋁表層有效地改善了鋰離子電池充放電循環(huán)壽命性能。經(jīng)過100次充放電循環(huán)試驗(yàn)后，富鋁表層的NCA保留了初始容量的96%，相比之下，純質(zhì)NCA只保留了初始容量的90%。為了更好地理解這種改善，通過掃描透射電子顯微鏡（STEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）對正極材料經(jīng)過100次充放電循環(huán)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測。一方面，從基于STEM獲得的高角度環(huán)形暗場信號圖像來看，在原始粒子表面附近不活躍的類鹽結(jié)構(gòu)層生長方面，這些材料之間沒有明顯的區(qū)別。另一方面，基于低倍率SEM觀察表明，純質(zhì)NCA在次級粒子的原始粒子之間的微裂紋已經(jīng)擴(kuò)大，而富鋁表層NCA裂紋沒有擴(kuò)大。因此，富鋁表層提高了次級粒子在電池充放電循環(huán)過程中的斷裂強(qiáng)度，從而抑制了孤立原始粒子的形成，而這些孤立原始粒子對電荷的放電行為沒有作用。

刊名：Ceramics International(英)

刊期：2017年第43期

作者：Shoji Takanashi et al

編譯：張雅