锗掺杂对层状高镍氧化物正极材料的结构和电化学性能影响

摘要

层状高镍氧化物正极材料(LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2),LNCM)被认为是高能量密度的锂离子电池候选材料之一,但是由于结构退化、热稳定性不足和存储性差等原因,其安全性和商业化应用仍然存在问题.Ge掺杂作为一种体相修饰手段,可以有效解决层状高镍材料结构退化问题.在这个工作中,使用溶胶凝胶法制备了Ge掺杂的层状高镍氧化物正极材料Li(Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1))_(0.997)Ge_(0.003)O_2(LNCMG),提高了层状材料的结构有序性,改善了电化学性能.采用X射线衍射分析(XRD),扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)等手段对制备材料进行了结构表征和元素分布分析.结果表明,Ge掺杂减小了层状高镍氧化物正极材料的阳离子混排度,提高了材料有序性.与LNCM相比,掺杂后的材料(LNCMG)比容量和倍率性能都得到了提升.LNCM在1 C下循环30圈后仅有82%的容量维持率,而LNCMG容量维持率可达到88%.