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組分比例對Li(NixCoyMn1?x?y)O2正極材料結構及其電化學性能影響的機理研究
關鍵詞：正極材料 電子結構 x射線吸收譜
摘要：Li(NixCoyMn1?x?y)O2(NCM)是具有能量密度大、循環穩定性高、低廉價格等良好性能的新型鋰離子電池正極材料,在電動汽車等領域已開始成功應用。NCM材料中,3d過渡金屬Ni、Co和Mn元素的不同配比對材料的結構和電子結構都會產生重要影響。因此,組分比例的研究有助于優化NCM材料的電化學性能,推動其在動力電池和大型儲能裝置中有更廣泛的應用。本文選取工業常用的Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2(NCM622)、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2(NCM523)和Li(Ni0.33Co0.33Mn0.33)O2(NCM333)三種正極材料,采用恒流充放電測試、掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy,SEM)、X射線衍射(X-ray Powder Diffraction,XRD)和X射線吸收譜(X-ray Absorption Spectroscopy,XAS)等表征方法,研究了不同元素配比對材料結構及電化學性能的影響,從而建立結構與電化學的對應關系。電化學測試結果表明:Ni含量越高,充放電容量越高,但倍率穩定性能越差。SEM和XRD結果表明:三種配比的顆粒尺寸和晶體結構基本保持一致。XAS測試結果表明:NCM材料中,Ni含量越高,Ni的價態越高,O在低能量處的吸收峰增強,說明Ni3d-O2p的雜化增強。Ni和O的電子結構的演變與電化學穩定性具有相關性,可能成為電化學穩定性變化的原因之一。綜合三種材料研究結果,平衡容量密度和倍率性能,NCM523成為較優配比。
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