ChemElectroChem:硼酸掺杂提高高镍正极材料在锂离子电池中的电化学性能

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锂离子电池已广泛应用于电动汽车和便携式电子设备。高镍正极材料(Ni≥80%)因其具有较高的可逆比容量和较低的成本,适合作为高比能量动力电池的正极材料,因此受到了越来越多研究学者的关注。营口理工学院王晓民教授和李佳其老师团队以 [Ni0.9Co0.1](OH)2(NC90)前驱体为掺杂对象,以H3BO3为掺杂物,采用机械球磨辅助的高温固相法在前驱体混锂阶段引入H3BO3。通过考察不同煅烧温度和H3BO3掺杂量,研究了掺杂条件对高镍正极材料电化学性能的影响,并从微观形貌角度揭示了其影响机理。



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图1 各样品的能带结构图和态密度图(a、d)为LiNiO2的能带结构和态密度(b、e)为B占据Ni层四面体间隙后晶胞的能带结构和态密度图(c、f)为B占据Li层四面体间隙后晶胞的能带结构和态密度图

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图2 不同B掺杂量放大倍数的正极材料微观形貌

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图3 (a)不同B掺杂量电极阻抗图谱;(b) z'-w负二分之一次幂的线性拟合图;(c)1.0-NCB90在10、50、100次循环后的阻抗图

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图4 (a) 2.7 ~ 4.3 V区间室温(20-24℃)下0.1C首次充放电曲线;(b)不同B掺杂量正极材料1C下的循环性能;(c)倍率测试结果

作者采用NC90前驱体湿法混锂时掺杂H3BO3,后经低温干燥和氧气氛围高温煅烧制备正极材料。B掺杂没有改变材料层状结构,确保了掺杂后材料的储锂能力。750℃煅烧温度相较于730℃和770℃的正极材料锂镍混排程度更低,具有高有序性层状结构。B的存在对一次晶粒形貌有较好的改善效果,一次晶粒定向团聚成长针形,这种一次晶粒形貌相较于未掺杂的不规则晶粒有强化结构稳定性的作用,减少晶粒微裂和机械破碎,延长电池的循环寿命。750℃煅烧温度后,掺B量1.0mol%的正极材料组装的扣式电池首次放电容量为223 mAh g-1,1C下100次循环后容量保持率达到87%,相较于未掺杂的样品容量保持率有明显提升。

文信息

Boric Acid Doping Improves Electrochemical Performance of [Ni0.9Co0.1](OH)2 Cathode for Li-ion Batteries

Yang Su, Hai-Lin Ren, Shuai Zhao, Dr. Ping-Ping Sun, Jia-Qi Li, Prof. Dr. Xiao-Min Wang


ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202300184




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