1、出于環(huán)保壓力和能源短缺方面的考慮，近年來隨著各國政府的大力推行，國內(nèi)外電動汽車發(fā)展迎來了爆發(fā)式的增長。但是目前的電動汽車尚未能滿足普通民眾最關(guān)心的需求——續(xù)航里程（充電速度）和市場價(jià)格，所以電動汽車在市場上的接受程度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如燃油汽車，其中最根本的原因在于動力電池的性能有限而且成本居高不下。一方面，動力電池制造廠商需要不斷改進(jìn)電芯制備技術(shù)，從而提升電芯能量密度并降低成本。另一方面，從目前的鋰離子電池采用的材料體系來看，負(fù)極材料基本都采

2、用石墨，所以正極材料的能量密度就決定了一個(gè)電池的能量密度。而高鎳三元正極材料相對于磷酸鐵鋰和錳酸鋰等材料有較大的能量密度優(yōu)勢，因此，本論文選取高鎳三元材料作為研究對象，針對三元材料在實(shí)際應(yīng)用中面臨的一些問題，如較差的循環(huán)壽命、倍率性能及安全性能等，開展了一系列的表征評估及改性研究，為高鎳三元材料的實(shí)際應(yīng)用提出一些建議及策略。
　　論文第一章主要介紹了鋰離子電池的構(gòu)成和工作原理，并著重綜述了目前幾種動力型正極材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3、。其次，也對鋰離子電池的負(fù)極材料作出簡單概述。最后，介紹了本論文的研究背景及意義。
　　第二章集中羅列了本論文實(shí)驗(yàn)中所用到的試劑、材料合成及表征設(shè)備，并詳細(xì)介紹了扣式電池的組裝過程和測試方法。
　　在第三章中，利用丙烯酸熱聚合的方法合成了鎳鈷鋁酸鋰(NCA)和鎳鈷錳酸鋰(NCM811)兩種高鎳三元正極材料。通過系統(tǒng)的對比研究發(fā)現(xiàn)，NCA更容易形成結(jié)晶度良好的層狀結(jié)構(gòu)，而NCM811中由于存在Mn4+，導(dǎo)致鎳元素價(jià)態(tài)偏低，鋰鎳

4、混排程度較高。此外，在充電過程中，NCM811的體積變化高達(dá)3.6％，而NCA僅為1.1％，因此NCM811長循環(huán)壽命不如NCA。不過，熱穩(wěn)定性分析(DSC)顯示NCA和NCM811的熱穩(wěn)定性均較差。
　　在第四章中，利用丙烯酸熱聚合法合成了高鎳NCA三元材料，并從實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩個(gè)方面研究了高鎳三元材料中鋰鎳反占位缺陷（陽離子混排）對材料的電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有2.3％反占位缺陷的NCA鋰離子擴(kuò)散系數(shù)最高，而且倍率

5、性能最好;理論計(jì)算結(jié)果顯示，高價(jià)態(tài)的過渡金屬離子(主要為Ni2+)進(jìn)入鋰層后，使其最近鄰的六個(gè)鋰離子擴(kuò)散活化能顯著降低，從而提高了材料的倍率性能。
　　在第五章中，利用Na2S2O8水溶液對NCA氫氧化物前驅(qū)體進(jìn)行預(yù)氧化處理，在前驅(qū)體表層進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組生成一層β-NiOOH中間產(chǎn)物，然后再與鋰源混合進(jìn)行燒結(jié)，以此消除NCA表層晶體的缺陷。電化學(xué)測試表明，消除了表層晶體缺陷的NCA在長循環(huán)及高電壓測試條件下均表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，倍

6、率性能得到了較大改善。
　　在第六章中，提出利用NH4H2PO4預(yù)先包覆NCA前驅(qū)體，然后再混鋰燒結(jié)的合成路線。NH4H2PO4具有弱酸性，可以與堿性的前驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)，因此可以均勻包覆在前驅(qū)體顆粒表面。在后續(xù)的高溫?zé)Y(jié)過程中NH4H2PO4可以與NCA表面的殘鋰發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)生成Li3PO4包覆層。測試結(jié)果表明，包覆后NCA材料表面的殘鋰可以有效去除，生成Li3PO4包覆層的NCA倍率性能、高溫循環(huán)性能明顯改善。
　　在第七

7、章中，利用乙炔黑與LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)表面能和粒徑的差異，通過簡單的行星球磨方法成功將乙炔黑均勻包覆在NCM523顆粒的表面。這樣在制備的電極片中，碳包覆層與導(dǎo)電添加劑形成了完整暢通的電荷傳輸通道，提高了材料的電子電導(dǎo)率，從而顯著改善了材料的倍率性能。同時(shí)碳包覆層能夠抑制電極材料與電解液之間的副反應(yīng)，改善了材料的循環(huán)性能。
　　在第八章中，以NCM523為例，系統(tǒng)地研究了三元材料在變質(zhì)前后的形貌、