二氧化钛包覆钴酸锂中界面新相的形成及其包覆作用机制研究

Surface coating is one of important methods to improve the electrochemial performances of cathode material for lithium-ion battery. Few work focuses on whether or not the "the formed coating suface" is "the chosen coating surface". The project is based on our previous research that new phases of Li2TiO3 and Co3O4 are formed in the coating surface through heat treatment of TiO2 coated LiCoO2, leading to "the new coating surface". The thin-film technology and the coated theoretical models are employed and designed to simplify the TiO2/LiCoO2 coating interface, in order to study coating surface structure and the relative coating mechanism. Firstly, the formation of Li2TiO3 and Co3O4 new phases, the development of interface structure, and their effects on the electrochemical performance are studied, due to the effect of temperature and time of heat treatment. Subsequently, the change of solid electrolyte interface film (SEI film) and conductivity property of Li+ of new coating phase are attempted to understand, and then the coating mechinism of new phases on TiO2/LiCoO2 interface is proposed. This project can provide new stategies for designing coating materials for Li-ion battery and additionally enrich the theoretical base for coating mechanism.

对锂离子电池正极材料进行表面包覆是提高材料电化学等性能的重要途径之一。目前，在包覆层研究中，极少人关注包覆后"表面包覆层"是否为"选择的包覆材料"这一问题。本项目基于我们前期的研究发现:TiO2包覆LiCoO2在一定温度热处理后两者反应形成新相Li2TiO3和Co3O4，在LiCoO2表面形成"新的包覆层"；提出采用薄膜技术简化TiO2/LiCoO2包覆界面并对照理论包覆模型，研究包覆界面结构及相关包覆机理。首先，基于热处理温度和时间效应，研究包覆层Li2TiO3和Co3O4新相的形成和界面结构变化以及对电化学等性能的影响。随后，分析理解电极/电解质界面SEI膜变化以及新包覆层的Li+传导特性，进而揭示界面新相的包覆作用机制，为锂离子电池材料包覆层的设计提供新的思路，并进一步完善锂离子电池材料的包覆机理研究。

本项目前期研究发现，选择的包覆层在包覆材料进行一定的温度的热处理后，与本体材料可能会发生反应，而成为“新的包覆层”。新的包覆层的组分结构随着热处理条件不同而发生变化。本项目完成了如下工作：（1）TiO2包覆LiCoO2材料中新相的形成，结构，电化学性能以及包覆机理研究。（2）LiNbO3包覆的层状正极材料中新相的形成，结构，电化学性能以及包覆机理研究。（3）LiNbO3包覆的LiCoO2薄膜的结构，电化学性能研究。结果表明：形成的包覆层结构组分，包覆物质的量，热处理温度对于材料的电化学性能具有重要的影响。包覆后材料性能提高的机理可能来源于新相的生成，也可能来源于在生成新物质的过程中，会在正极材料的表面生成较为均匀致密的包覆层。同时，新相的生成有利于降低材料的表面阻抗。本研究工作的科学意义在于：针对于前人研究中所忽略的关键问题，从新相的形成、包覆层结构角度研究对包覆材料的电化学性能的影响，并提出包覆作用机制。该研究能够为包覆层的设计提供新的思路，为包覆机理的完善提供理论依据。项目在执行期间较好的达到了预期目标，共发表SCI收录论文14篇。