1.2.3 锂离子电池正极材料

锂离子电池的电极材料从其化学性能方面上体现了锂离子电池的特征，然而锂离子电池正极材料对于研究锂离子电池具有重要的意义，因此想要制备高性能锂离子电池，具备高性能的正极材料是非常重要的。具备良好性能的锂电池正极材料应该具备以下特征：很高的理论能量密度；良好的电解液相容性；廉价，适用于大规模生产；对环境友好；优良的物理性质。[13]

1.2.4 锂离子电池的正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的研究进展

目前，在合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电极材料以及改良其电化学性能方面已经取得了一定的进展。在国内，倪颖等人对Ni、Co、Mn三元锂电池正极材料的合成方法进行了研究，对比了不同条件下样品的物理和化学性能制备及其电化学性能的表现。Li等人研究了Cr取代对NCM811体系的影响，并认为其电化学性能的提高是由于在锂离子嵌入/脱出过程中发生的Li/Ni混排的减少以及锂离子离子可逆性的提高[14-15]

1.2.5 LiNixCoyMnzO2结构和电化学性能

在1998年，Liu等科研工作者首先提出三元层状正极材料LiNixCoyMnzO2[16]，与钴酸锂结构是相似的。层状正极材料LiNixCoyMnzO2的晶体结构图如图一所示。

图一 LiNixCoyMnzO2晶体结构图

三元材料具有比容量高，且合成价格低，循环性能好和易于合成的优点，具有成为下一代新型商用正极材料的潜力[17]。除此之外，在三元材料的研究的过程中发现，随着电极材料中镍含量的增大，材料的放电比容量将随之增大[18]。本课题致力于探究合成三元材料最佳工艺，并进行Rb掺杂改性的方法，探索具备更优异的三元材料，满足当前各个领域对能源存储设备的要求。

1.2.6 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备方法

正极材料的电化学性能与材料制备的方法密切相关。到目前为止，合成方法主要有一下几种：

（１） 高温固相法

高温固相法一般是先按配比称好原料，通过球磨机使原料混合均匀，然后将材料干燥制得前驱体。将得到的前驱体在空气中进行一段时间热处理，即可得到想要合成的材料。高温固相法虽然有许多优点，比如工艺简单、生产量大，适宜于工业量产化等等。但是也存在许多问题：比如粒度不均匀、消耗能量大、颗粒形貌不规则等。[20]

（２） 共沉淀法

共沉淀法经常和高温固相法一起运用。共沉淀法通过共沉淀反应首先合成三元材料的前驱体，然后再混合锂盐进行高温热处理得到指定的材料。共沉淀反应通常以金属离子的水溶液为主要原料，在共沉淀剂的影响下合成三元材料的前驱体。因为不同离子的溶度积有所不同，为使沉淀均匀化，通常在共沉淀反应的过程中加入络合剂。在共沉淀反应中，为了控制前驱体的形貌和颗粒的大小，通常采用控制实验的PH值、反应溶液的浓度、反应的时间长短来达到目的。通过以上的控制变量以得到高振实密度和拥有良好电化学性能的新型三元材料。[21]

（３） 水热合成法

水热合成法通常发生在密封体系中，用水作为溶剂，通过控制一定温度和相对压力，使材料产生下化学反应，合成预期材料。这种合成方法产生的电极材料均匀化程度高，纯度也高，颗粒大小能够被控制，易结晶，拥有不错的电化学性能。与其它合成方法相比，水热法合成法产生的材料位错密度相对较低，材料团聚少，合成工艺简易。Huang等科研工作者[22]通过水热合成法成功研发了电化学性能优异的纳米Li2MnO3-LiMnO2材料。通过实验测试，证明其具有良好的倍率性能。

（４） 喷雾干燥法

喷雾干燥法是通过把Ni、Co、Mn溶解在水中或者有机溶剂中得到前躯体溶液，然后通过雾化和干燥生成前躯体颗粒，最后通过高温煅烧烧结得到所需材料。通常的喷雾干燥法合成镍、钴、锰的混合前驱体，可以先将硝酸锂和镍、钴、锰的乙酸盐溶解在去离子水中，利用喷雾干燥合成前驱体。然后将前驱体加热到300℃后，充分研磨，使其粉碎，再通过压片，并在空气氛围中加热至900℃，恒温20h后，再重复研磨步骤。喷雾干燥法合成的材料，无论使循环性还是比容量方面，都要明显优于固相法合成的样品。举个例子，Park等科研工作者使用超声法成功合成了层状材料，将Ni、Co、Mn三种元素的销酸盐溶解到去离子水中，使用柠檬酸添加剂，通过喷雾热解，合成出前驱体后再和过量的LiOH·H2O充分混合均匀，研磨之后粉碎再压片，在空气中以1℃/min加热到900℃。这种方法制备的三元材料拥有不错的均匀性和比容量。[23]