ALD 反应沉积超薄 TiO2 改性 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 正极材料及其电化学性能

doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2319

上海大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 29 ›› Issue (2): 312-.doi: 10.12066/j.issn.1007-2861.2319

ALD 反应沉积超薄 TiO₂改性 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料及其电化学性能

朱明原1 , 刘文博1 , 李瑛1 , 刘杨2 , 李文献1 , 张久俊2

1. 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444; 2. 上海大学理学院可持续能源研究院, 上海 200444

接受日期:2021-06-07 出版日期:2023-04-30 发布日期:2023-04-30
通讯作者: 刘杨（1985-），男，博士，讲师。研究方向为电化学。 E-mail:yangliu8651@shu.edu.cn

Modification of LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ cathode material with ultra-thin TiO₂ coating by atomic layer deposition

Zhu Mingyuan,LIU Wenbon,LI Ying,LIU Yang,LI Wenxian,ZHANG Jiujun

1. School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China; 2. Institute of Sustainable Energy, College of Sciences, Shanghai University, Shanghai 200444, China

Accepted:2021-06-07 Online:2023-04-30 Published:2023-04-30

摘要/Abstract

摘要： 高镍三元正极材料 LiNixCoyMn1−x−yO2(NCM, ω(Ni)>60%)由于粉体颗粒表面的相变, 电解液副产物 HF 的侵蚀, 过渡金属离子的溶解等问题, 其循环性能及安全稳定性一直不理想. 通过原子层沉积 (atomic layer deposition, ALD) 反应在高镍 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) 正极材料表面均匀沉积了超薄 TiO2 涂层, 用于改善其电化学性能. 研究结果表明: 通过 ALD 反应沉积 TiO2 后, 改性 NCM811 的性能明显改善; 超薄 TiO2 涂层阻碍了 NCM811 活性颗粒与电解液的直接接触, 提高了材料的循环稳定性; 在循环过程中, 超薄涂层不会影响锂离子的传输. 通过 ALD 反应沉积超薄涂层为改性电极材料提供了新思路.

关键词: LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂, 原子层沉积, 锂离子电池, 正极材料, TiO₂

Abstract: The nickel-rich cathode, LiNixCoyMn1−x−yO2 (NCM, ω(Ni)>60%), suffers from phase transitions on the surface of particles during cycling that cause the electrolyte by-product HF to corrode the material and cause the dissolution of transition metal ions. These problems seriously affect the application of NCMs. In this study, atomic layer deposition (ALD) was used to uniformly deposit a TiO2 coating on the surface of a LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) cathode material to improve its electrochemical performance. The results demonstrated a significant improvement in the performance of NCM811 after ALD of TiO2. The ultra-thin TiO2 coating hindered direct contact between the NCM811 active particles and the electrolyte, which improved the cycle stability of the NCM811. The ultra-thin coating did not affect the transmission of lithium ion during cycling. This method for ALD opens a new avenue for the surface modification of electrode materials.

Key words: LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811), atomic layer deposition (ALD), lithium ion battery, cathode material, TiO₂

中图分类号:

TQ 152

朱明原, 刘文博, 李瑛, 刘杨, 李文献, 张久俊. ALD 反应沉积超薄 TiO₂改性 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料及其电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(2): 312-.

Zhu Mingyuan, LIU Wenbon, LI Ying, LIU Yang, LI Wenxian, ZHANG Jiujun. Modification of LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ cathode material with ultra-thin TiO₂ coating by atomic layer deposition[J]. Journal of Shanghai University（Natural Science Edition）, 2023, 29(2): 312-.

[1]	林明钜, 锁要红, 赖光辉, 肖军文. 快充方式下考虑热辐射效应的锂离子电池热-力耦合分析[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(3): 450-.
[2]	胡瑶, 贡建阳, 尤万里, 刘洪江, 陈国荣, 施利毅, . 原位凝胶体系 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 的制备及其电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(2): 302-.
[3]	张豪杰, 胡业旻. Sb$_{\mathbf 2}$O$_{\mathbf 3}$/Sb 锂离子电池负极材料的制备及电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(6): 1047-1055.
[4]	陈恒桥, 吕丽萍, 吴明红. Co-Mn 金属有机骨架衍生的双金属硫化物及其在锂离子电池负极材料中的应用[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(2): 369-378.
[5]	程二波, 王尚岱, 黄守双, 陈大勇, 胡张军, 陈志文. MnO@CoMn$_{\textbf{2}}$O$_{\textbf{4}}$/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(2): 400-410.
[6]	张燕锋, 蔡昌, 谈馨怡, 孙炜伟. 金属有机骨架衍生双金属氧化物的锂离性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 125-132.
[7]	朱德伦, 彭雨晴, 白瑞成, 李爱军, 赵添婷, 孙宁霞. 锂离子电池三维多孔硅/银复合材料负极设计及性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 144-153.
[8]	赵攀登, 何永超, 何新华, 冯笑笑, 浦娴娟, 程伶俐, 焦正. 双层壳结构 Co$_{\bf 2.7}\rm {\bf Cu_{0.3}O_{4}}$ 立方体复合材料的制备及锂电性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 117-124.
[9]	朱影, 周荻雯, 唐燕, 王浩, 赵攀登, 浦娴娟, 焦正, 程伶俐. SnO$_{\boldsymbol{x}}$S$_{\boldsymbol{y}}$@PANI@rGO 复合材料的制备及其电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(1): 78-85.
[10]	汤旭旭, 杨秦斯, 杨建伟, 孙炜伟. 共价有机骨架衍生的氮掺杂碳/碳纳米管杂化结构的储锂性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(6): 972-979.
[11]	陈思, 张勇, 张雪倩, 吕丽萍. 锂离子电池负极中一步球磨硅碳材料的应用[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(4): 578-585.
[12]	高阳, 蒋永, 焦正. 中空硅球/石墨烯复合材料制备及电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(4): 586-594.
[13]	高文凯, 严利民, 孙叠. 一种变参数模型平方根 UKF 锂离子电池SOC 估计方法[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(3): 413-424.
[14]	罗志刚, 李琦, 陈大勇, 黄守双, 胡张军, 陈志文. MnO₂@ZnO/C 复合材料的制备及电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(1): 132-142.
[15]	郜子明, 董敬余, 陈大勇, 黄守双, 胡张军, 陈志文. 金属有机骨架材料 ZnCo$_{\textbf{2}}$O$_{\textbf{4}}$/ZnO 中空纳米盒的制备及其电化学性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2019, 25(6): 950-956.

ALD 反应沉积超薄 TiO₂改性 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料及其电化学性能

Modification of LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ cathode material with ultra-thin TiO₂ coating by atomic layer deposition

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