本技术介绍了一种稀土元素改性锂离子电池材料及其制备技术,采用原位包覆掺杂工艺,在电极材料表面形成富含氧空位的尖晶石结构和岛状纳米异质结构,以提升电池性能。
背景技术
锂离子电池层状正极材料因具有更高的理论容量而备受关注。典型的层状材料如钴酸锂(LCO)、三元 (NCM)、富锂锰基氧化物(LLO)等。由于电解液与正极材料的相互作用,表面副反应是限制、电持循环寿命的重要原因之一。界面副反应会导致表面残余碱的增加,引起浆料凝胶化,这会影响电极制备的一致性,同时也会增加电池的极化,进而降低其循环性能和稳定性。高截止电压提供的高容量有一部分来自于氧的氧化还原反应,这会导致氧气从表面溢出,从而带来表面过渡金属溶解的问题。因此,提高层状材料的表面稳定性,对于研发更优秀的正极材料,推动下一代锂离子电池的发展具有至关重要的意义。
为了实现正极材料的表面稳定性,各种表面改性策略被广泛研究和应用,例如包覆、表面重构等。但包覆层的厚度难以有效控制,过厚包覆层会导致容量下降和倍率性能差的问题。有报道在材料表面包覆一些金属氧化物,如ZrO2
、Al2
O3
、MgO等,他但们多数情况以非晶的形式存在,虽然可以稳定表面结构,但这些金属氧化物会带来阻抗增大,与体材料结合不紧密等问题,从而导致循环稳定性差。表面重构则可能会导致表面晶体结构发生不可控的破坏,从而影响表面结构的稳定性。因此,设计稳定的界面对在恶劣条件下实现层状正极材料出色的循环稳定性具有重要意义。
结合各种改性策略并开发新的改性方法,以提升正极材料的结构稳定性,进而提升材料的循环寿命等电化学性能,成为当前研究的重要方向。
实现思路