組分比例對Li(NixCoyMn1?x?y)O2正極材料結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能影響的機理研究
關(guān)鍵詞：正極材料 電子結(jié)構(gòu) x射線吸收譜
摘要：Li(NixCoyMn1?x?y)O2(NCM)是具有能量密度大、循環(huán)穩(wěn)定性高、低廉價格等良好性能的新型鋰離子電池正極材料,在電動汽車等領(lǐng)域已開始成功應(yīng)用。NCM材料中,3d過渡金屬Ni、Co和Mn元素的不同配比對材料的結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)都會產(chǎn)生重要影響。因此,組分比例的研究有助于優(yōu)化NCM材料的電化學(xué)性能,推動其在動力電池和大型儲能裝置中有更廣泛的應(yīng)用。本文選取工業(yè)常用的Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2(NCM622)、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2(NCM523)和Li(Ni0.33Co0.33Mn0.33)O2(NCM333)三種正極材料,采用恒流充放電測試、掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy,SEM)、X射線衍射(X-ray Powder Diffraction,XRD)和X射線吸收譜(X-ray Absorption Spectroscopy,XAS)等表征方法,研究了不同元素配比對材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響,從而建立結(jié)構(gòu)與電化學(xué)的對應(yīng)關(guān)系。電化學(xué)測試結(jié)果表明:Ni含量越高,充放電容量越高,但倍率穩(wěn)定性能越差。SEM和XRD結(jié)果表明:三種配比的顆粒尺寸和晶體結(jié)構(gòu)基本保持一致。XAS測試結(jié)果表明:NCM材料中,Ni含量越高,Ni的價態(tài)越高,O在低能量處的吸收峰增強,說明Ni3d-O2p的雜化增強。Ni和O的電子結(jié)構(gòu)的演變與電化學(xué)穩(wěn)定性具有相關(guān)性,可能成為電化學(xué)穩(wěn)定性變化的原因之一。綜合三種材料研究結(jié)果,平衡容量密度和倍率性能,NCM523成為較優(yōu)配比。
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