Zr浓度梯度掺杂改性NCM811高镍三元正极材料的研究

摘要

高镍三元电极材料是高比能量锂离子电池最具应用前景的正极材料，但随着镍含量增大，其结构稳定性变差。为此，本文制备了Zr浓度梯度掺杂改性的NCM811(Zr-PCG)高镍三元正极材料，探究了Zr掺杂量对材料结构、形貌、元素分布、电化学性能的影响及其机制，以改善其结构稳定性和循环性能。结果表明，Zr掺杂由内向外呈渐进式梯度设计，高结合能的Zr—O键可有效抑制游离氧的析出，掺杂量为1%的1.0 Zr-PCG电极材料晶体结构稳定性最优，同时Zr掺杂也显著提高了电极的热稳定性。1.0 Zr-PCG电极在1C下的初始放电比容量达到193.1 mAh/g,循环200次后，容量保持率为近90%,明显高于未掺杂NCM811电极的容量保持率(82.4%);充放电倍率增至10C,1.0 Zr-PCG电极仍可放出152.7 mAh/g的容量，表现出优异的倍率性能。

关键词

高比能量 / 锂离子电池 / 高镍三元正极 / Zr掺杂 / 梯度掺杂

基金资助

国家自然科学基金面上项目(21975284)