然而，据我们所知，所有这些可用的报告都局限于单个取代或掺杂的位置。尚未见报道包括Li层和过渡金属层在内的不同Al取代位点对NMC电化学性能的影响。大块NMC中LiAlO2相或氧化铝固溶体的形成机理仍然模糊。考虑到结构性能对材料是非常重要的，特别是对锂离子电池的负极材料来说，替代改性的效果对掺杂剂的浓度也有很强的依赖性，对Al替代的相关和系统研究应尽快进行。

在本研究中，我们首先比较了不同的Al浓度和替代位点(包括Mn和过渡金属)对NMC材料的结构和电化学性质的影响[3]。在LiAlxNi0.5Co0.2Mn0.3-xO2样品中发现了LiAlO2相，并对从本体到界面的锂离子扩散有较好的促进作用。对LiAlxNi0.5Co0.2Mn0.3-xO2样本而言，另一方面，没有检测到第二阶段，Li+在充电和放电过程中Al可能以固溶体的形式为其嵌入和脱嵌提供稳定的结构。与预期的相比，合适的Al替代样品具有较高的运价能力和循环性能。

1.2锂离子电池工作原理

首先合理选择锂电池的种类。扣式电池通常采用纽扣形式组装，可以节省空间，提高空间利用率，并且可以方便安装在一些小型电子仪器上。锂离子电池由相同的结构组成，即外壳、正极、负极、隔膜和电解液。目前，锂离子电池的主要材料是过渡金属锂离子化合物和锰锂离子化合物[4]，如锂钴氧化物、锰氧化物锂、镍酸锂、磷酸铁锂等。钴、镍、锰、二元或三元复合材料等。由于这些化合物的电位高于金属锂，因此，锂离子可以在电池的结构中分层。锂离子电池的工作功率取决于正负极中锂含量的不同。当电池充电时，负极材料的分层结构，通过电解质通过隔膜从负极材料中去除，锂离子电池正极材料中的锂离子浓度过高，导致锂离子电池正极材料中某些元素化合物的价态发生变化：在电池放电过程中，锂离子发生变化。当电池放电时，从负极材料的结构中去除，这与充电时间相反。电解质通过膜片进入负极材料的层状结构[5]。以LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2为正极材料，C为负极材料，那么锂离子电池的工作原理[6]如图1.1所示。正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。

充电时：LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe-

放电时：Li1-xCoO2+xLi++xe-→LiCoO2负极反应：放电过程中锂离子脱层和充电过程中锂离子插入。充电时：C+xLi++xe-→CLix

放电时：CLix→C+xLi++xe-

图1.1锂离子电池的工作原理

1.3锂离子电池的结构

如图1.2以扣式电池为例，锂离子电池通常由正极、负极、隔膜、电解质、密封网、外壳和盖板组成，中间含有电解液。扣式电池一般运用在一些结构较微小的电子仪器或产品中，直径从4.8mm至30mm，厚度从1.0mm至7.7mm不等，那么在本次实验设计中使用的就是这种扣式电池[7]，原因在于其安装方便，适合在实验室安装配备，也方便运用于蓝电测试系统。

图1.2扣式电池装配示意图

1.4锂离子电池正极材料的要求

目前对于锂离子正极材料的要求主要有以下几点:

(1)为了方便锂离子的自由、稳定的脱层，负极材料需要一种能够储存大量锂离子的存储结构。

(2)大量的锂离子脱层不会改变正极材料的结构，在锂离子脱层过程中应努力保持负极材料结构的稳定性。

(3)为了实现电池的高放电电压性能，负极材料的氧化还原电位应尽可能高。

(4)负极材料应当具有较高的离子以及电子导电性能，为的是能够降低材料的内部电阻，从而达到降低材料内部极化的作用。

(5)正极材料应当和电解质的相容性较为理想，有足够的最大容量，无电化学反应，绿色环保，不会造成污染，经济效益好。 金属离子掺杂对三元电池材料的改性研究(3):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205085.html