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锂离子电池三元正极材料LNCM兼具较高的能量密度、良好的倍率性能、循环性能和安全性能等优点。但是,LNCM材料锂层中阳离子的混排影响材料的稳定性,且首次充放电效率和放电电压平台较低。目前,提高三元材料的振实密度、高低温和高电压下的循环稳定性以及倍率性能成为目前该类材料研究的热点。金属有机骨架材料因具有高的孔隙率、相互贯穿的孔道、大的比表面积和良好的化学稳定性等优点,其自身或它的衍生物被广泛应用于储能领域。本论文首先采用水热法合成了金属有机骨架NiCoMn-NDC材料,并以此为前驱体与锂盐充分混合研磨后,在高温煅烧下制备了LNCM三元正极材料。在此基础上,分别采用Li2ZrO3和Al2O3对LNCM进行了包覆改性研究。1.通过溶剂热法制备出三元金属前驱体,记为NiCoMn-NDC,并通过XRD、SEM进行了表征,分析发现该前驱体含有Co-NDC、Mn-NDC和Ni-NDC材料的特征衍射峰,其形貌为块状,尺寸在几十个微米左右且分布不一。2.将前驱体NiCoMn-NDC与LiOH·H2O进行充分研磨后,分别在750℃、850℃、900℃下进行煅烧,得到了不同温度条件下制备的LNCM-750,LNCM-850和LNCM-900三元正极材料。通过系列的测试表征发现,温度过低或过高都不利于材料电化学性能的表现,温度过低会使材料结晶不完全且纯度较低,从而导致LNCM材料电化学性能较差;温度过高会使晶粒尺寸变大,导致锂离子的传输和电解液的扩散受阻,也不利于材料的电化学性能。因此,在850℃煅烧得到的LNCM三元材料拥有最优的电化学性能,LNCM-850的首圈放电比容量为126.2 mAh/g,经过100圈循环后放电比容量为103.7mAh/g,容量保持率为82.1%。因此,确定850℃为最佳煅烧工艺。3.本论文采用不同量的Li2ZrO3对LNCM正极材料进行表面包覆改性,合成了Li2ZrO3@LNCM正极材料。测试结果表明,包覆后并没有改变材料原本的层状结构,而且Li2ZrO3以小颗粒的形式附着在LNCM材料表面。Li2ZrO3包覆改性后材料的首圈放电比容量和倍率性能均有所提高,当包覆量为3%时,首次放电比容量为169.1 mAh/g,而且在1800 mA/g的电流密度下,材料仍具有86 mAh/g的比容量;在循环过程中材料的放电比容量和电压平台的衰减情况也均有所改善,在900 mA/g的电流密度下0%Li2ZrO3@LNCM和3%Li2ZrO3@LNCM材料在循环100圈后的容量保持率分别为75.18%和91.89%,可见包覆后材料的循环稳定性得到了显著提高,这是因为合适比例的Li2ZrO3包覆提高了材料的结构稳定性,改善了材料在电解液中的溶解,因此确定3%Li2ZrO3为最佳包覆量。4.本论文还研究了Al2O3对LNCM正极材料的表面包覆改性,测试结果显示,包覆Al2O3后,材料表面出现了小颗粒,且小颗粒的量随着包覆量的增加而增多,Al2O3以小颗粒的形式附着在LNCM材料表面。5%Al2O3包覆量的材料较其它的包覆量对纯样比容量和电压平台的衰减改善效果更佳。在大电流充放电后,当电流密度回到18 mA/g时,5%Al2O3@LNCM材料仍能够保持92.7%的初始比容量。而且在1800 mA/g的大电流密度下,材料仍具有78.0 mAh/g的比容量,以及较明显的放电平台;另一方面5%包覆量的材料的循环性能也得到了大幅度的改善,在900 mA/g的电流密度下0%Al2O3@LNCM和5%Al2O3@LNCM材料在循环100圈后的容量保持率分别为75.18%和99.7%,其容量保持率提升了24.52%,说明Al2O3包覆层阻碍了活性材料与电解液的直接接触,抑制了副反应的发生,明显提高了充放电过程中LNCM正极与电解液间的界面稳定性,加速了电极和电解液接触界面上的电荷转移。