摘要 采用高溫固相法合成了一系列不同含量Mg摻雜的LiNi0. 90Co0. 05Mn0. 05O2正極材料，并通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線光電子能譜等表征手段對其物相結(jié)構(gòu)、顆粒形貌及電化學性能進行了研究。 結(jié)果表明，摻雜Mg元素雖然會降低材料的可逆容量，但是可擴大材料晶胞體積，抑制不可逆相變，改善電極與電解液的界面穩(wěn)定性，可有效提升材料的循環(huán)穩(wěn)定性。 其中，3% 摩爾分數(shù)摻雜量的LiNi0. 90Co0. 05Mn0. 05O2正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，容量損失較少，綜合性能表現(xiàn)較好，在0. 1 C、2. 8～4. 3 V電壓范圍內(nèi)，首周充放電比容量達到了197. 3 mA?h/g，100周的循環(huán)保持率達到了93. 6%，且5 C下放電比容量為161. 1 mA?h/g。

關(guān)鍵詞 鋰離子電池；正極材料；元素摻雜；電化學性能

中圖分類號：O646. 5 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0518（2024）04-0568-09

近年來，鋰離子電池由于其具有電壓平臺高、循環(huán)壽命長、能量密度高和使用場景廣泛，成為了發(fā)展迅速的電化學儲能裝置。 目前，商業(yè)化最為成功的鋰離子電池采用鈷酸鋰（LiCoO2）作為正極，石墨作為負極，其表現(xiàn)出良好的綜合性能。 然而，隨著新能源汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，鋰離子電池作為動力電池成為新能源汽車的主要能源裝置。 在動力電池中，LiCoO2正極表現(xiàn)出了使用成本高、可逆容量有限和循環(huán)壽命短的缺陷，阻礙了鋰離子電池在新能源汽車中的廣泛應用，因此，開發(fā)廉價、高性能的正極材料成為鋰離子電池研究的關(guān)鍵內(nèi)容［1］。 近年來，以鎳鈷錳酸鋰（LiNixCoyMnzO2， x+y+z=1）為代表的三元材料憑借較高的比容量及較低的成本，成為了研究人員關(guān)注的重點［2］。

鎳鈷錳酸鋰三元材料中，鎳元素主要用于提供容量，為了實現(xiàn)電池更高的能量密度，高鎳含量的三元材料逐漸成為了三元材料的發(fā)展方向。 然而，二價鎳的氧化能壘較高，因此鎳元素含量的增加會導致陽離子混排程度的加劇，阻礙鋰離子的傳輸； 此外，高活性的鎳離子易與電解液發(fā)生界面副反應，產(chǎn)生層狀結(jié)構(gòu)向巖鹽相的轉(zhuǎn)變，導致三元材料熱穩(wěn)定性及循環(huán)穩(wěn)定性的下降［3］。 因此，對高鎳三元材料進行摻雜，改善材料結(jié)構(gòu)與電化學儲鋰性能，是提升高鎳三元材料性能表現(xiàn)的必要方法［4］。 常用的摻雜元素包括F等陰離子及Mg、Al、Ti和Zr等金屬陽離子［5］。 王恩通等［6］通過共沉淀法制備了不同F(xiàn)摩爾分數(shù)的LiNi0. 6Co0. 2Mn0. 2O2三元材料，利用F的摻雜減小顆粒尺寸，提高均勻性，并降低材料循環(huán)過程中的極化。 Zhao等［7］對高鎳三元材料中的Al的摻雜量進行了優(yōu)化，采用摩爾分數(shù)為1%的摻雜量即可提高材料顆粒的整體完整性及界面穩(wěn)定性，改善長循環(huán)性能。 此外，Mg元素被認為可以占據(jù)Li位點，具有良好的層狀結(jié)構(gòu)支撐效果，是一種改善作用顯著的摻雜元素［8］。 Li等［9］采用摩爾分數(shù)3%的Mg摻雜高鎳材料，Mg的摻雜可以抑制陽離子混排及Li離子的遷移，提升了材料熱穩(wěn)定性并減小了循環(huán)過程中的晶格變化。 然而，Mg元素的摻雜用量對鎳鈷錳酸鋰材料的電化學容量有明顯影響，因此，優(yōu)化調(diào)控Mg元素的摻雜量是合成高性能Mg摻雜鎳鈷錳酸鋰的重要步驟。

本工作以Ni0. 90Co0. 05Mn0. 05（OH）2 作為前驅(qū)體，LiOH?H2O作為鋰源，MgO作為鎂源，合成Mg摻雜的LiNi0. 90Co0. 05Mn0. 05O2正極材料，并對適宜的摻雜含量進行探索。 實驗采用固相法進行合成，設計制備4種不同Mg元素摻雜量的LiNi0. 90Co0. 05Mn0. 05O2正極材料，并利用多種表征手段，探究不同Mg摻雜量對材料結(jié)構(gòu)與電化學儲鋰性能的影響，從而確定了Mg元素的最佳摻雜量。 本工作通過一系列Mg摻雜材料的對比，著重展示了摻雜含量變化對超高鎳含量（鎳摩爾占比不低于90%）的鎳鈷錳酸鋰正極材料晶體結(jié)構(gòu)及電化學行為的影響，揭示了過量的Mg摻雜會導致層狀結(jié)構(gòu)劣化與較多的容量損失，為合成高性能Mg改性的高鎳三元材料提供了優(yōu)化策略。