三元材料體相摻雜

鋰電正極材料的微觀形貌、粒徑大小及分佈、孔隙率及比表面等性質都對其加工及最後電池產品的性能都有很大影響。而對於此前市場份額較大的三元材料來說,其改性方法包括體相摻雜、表面包覆、梯度化及單晶化等,它們可以進一步提高該電極的電化學性能和穩定性能。下面主要詳細介紹體相摻雜改性過程。

體相摻雜是指摻入與材料中離子半徑相接近的離子,旨在通過提高材料晶格能的方式來穩定電極晶體結構,從而改善材料的迴圈性能和熱穩定性能。摻雜改進的元素可分為金屬離子摻雜、非金屬離子摻雜和複合摻雜。

鋰電池圖片

Huang等通過共沉澱和高溫固相合成工藝製備出鎂離子摻雜的NCM622材料,實驗結果發現Mg摻雜有效地抑制了離子混排,迴圈性能得到改善。XPS結果表明Mg摻雜降低了材料表面的Ni2+/Ni3+值。根據第一原理計算結果顯示,Mg的摻雜增加了Li+遷移的活化勢能,但摻雜過量會導致材料倍率性能的惡化。

Kageyama等採用固相合成工藝製備出摻F的NCM111材料,研究表明,通過改變了過渡金屬離子的價態,從而改變了其晶格結構參數。F的摻雜還促進了晶粒生長並改善了結晶性能。當摻雜量較少時,其可以穩定材料迴圈過程中活性物質和電解液之間的介面,顯著改善三元材料的迴圈性能;當摻雜量過高時,不僅浪費材料,還會破壞正極電性能。

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