高比容量锂离子电池正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的制备及性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210543

摘要/Abstract

摘要：

以LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂为研究对象，通过共沉淀法制备了不同F物质的量分数（0%、1%、3%、5%）的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂三元正极材料（NCM），通过对NCM材料的晶格结构、微观形貌、电化学性能进行分析，结果表明：F掺杂后提高了NCM材料的结晶度，降低了阳离子混乱程度，适量的F掺杂有助于减小NCM三元正极材料的尺寸和提高均匀性，F的掺杂还能够降低NCM三元正极材料的极化现象，初始放电比容量随着F的掺杂含量升高呈现出先升高后降低的趋势，循环性能随着F的掺杂得到了提高，F掺杂物质的量分数为3%的NCM三元正极材料初始放电比容量167.2 mA·h/g，容量保持率达到98.5%，阻抗较小，电化学性能最优。

关键词: 锂离子电池, 正极材料, LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂, F掺杂, 比容量, 容量保持率

Abstract:

This article takes LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ as the research object， and LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ ternary cathode materials （NCM） with different F element molar doping amounts （0%， 1%， 3%， 5%） are prepared by a co-precipitation method. The analysis of the lattice structure， microscopic morphology， and electrochemical properties of the NCM material reveals that the F doping improves the crystallinity of the NCM material and reduces the degree of cation disorder. A proper amount of F doping impurities help reduce the size of the NCM ternary cathode material and improve the uniformity. The doping of F can also reduce the polarization phenomenon of the NCM ternary cathode material. The initial discharge specific capacity increases first and then decreases with the increase of the doping content of F. The cycle performance is obtained with the doping of F. The NCM ternary cathode material with 3% F doping content has an initial discharge specific capacity of 167.2 mA·h/g， a capacity retention rate of 98.5%， low impedance， and optimal electrochemical performance.

Key words: Lithium Ion Battery, Cathode material, LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂, F doping, Specific capacity, Capacity retention rate

中图分类号:

O646.5

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图/表 6

图1 F元素掺杂NCM三元正极材料的XRD分析

Fig.1 XRD analysis of F-doped NCM ternary cathode materials

表1 F元素掺杂NCM三元正极材料的晶格参数

Table 1 Lattice parameters of F?doped NCM ternary cathode materials

F掺杂率 F doping percent/%	a/nm	c/nm	c/a	I_（003）/I_（104）
0	0.284 5	1.412 6	4.965	1.342
1	0.285 5	1.413 5	4.953	1.368
3	0.285 6	1.413 9	4.951	1.374
5	0.285 4	1.411 7	4.947	1.369

图2 F掺杂NCM三元正极材料的SEMA－D分别为F掺杂量0%、1%、3%和5%的NCM材料的SEM图，E、F分别为1%、3%F掺杂的NCM材料放大3000倍的SEM图

Fig. 2 SEM of F-doped NCM ternary cathode materialsA－D are the SEM images of the NCM materials with 0%, 1%, 3% and 5% of F doping, respectively, and E and F are the SEM images of the NCM materials doped with 1% and 3% F, respectively, at a magnification of 3000 times

图3 F掺杂NCM三元正极材料的首放电曲线

Fig.3 First discharge curve of F-doped NCM ternary cathode materials

图4 不同物质的量分数F掺杂NCM三元正极材料的循环性能曲线

Fig.4 Cycle performance curves of F-doped NCM ternary cathode material

图5 F掺杂NCM三元正极材料的阻抗曲线

Fig.5 Impedance curves of F-doped NCM ternary cathode material

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高比容量锂离子电池正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂的制备及性能

Preparation and Properties of LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ Cathode Material for High Specific Capacity Lithium Ion Battery

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