钴酸锂作为锂离子正极材料研究进展
发布时间：2021-11-17 14:55
在锂离子电池电极材料研究中,比容量高、循环性能好的电极材料一直是研究的热点。对于钴酸锂正极材料来说,其实际电化学性能如比容量、容量保持率、倍率性能等都与材料的掺杂、包覆密切相关。综合国内外取得的一些研究进展,总结和提炼了获得高性能钴酸锂的几个关键要素,其中包括:晶体结构、结构转变、合成及改性方法等。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(09)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图４?钴酸锂电池内部失效示意图曰??８８??
图１?钻酸键层状结构图［１］??Ｈ－２相，两相比例随ｘ的变化而变化；０．５?：Ｓ?ｘ＜?０．７５时，Ｕ?Ｃｏ０２??属于六方晶系（Ｈ－２相）；单相Ｈ－１和Ｈ－２都属于Ｒ－３ｍ空间群，??具有相同的对称性，但两相晶胞参数上有所不同，单相Ｈ－１通??常偏向半导体电导特性，单相Ｈ－２通常偏向金属电导特性％??０．４５矣ｘ＜０．５时，充电电压在４．２Ｖ左右，Ｌｉ￡：ｏ〇２由六方晶系??Ｈ－２转变为单斜晶系Ｍ，属于Ｐ１２／ｍｌ空间群，这一过程伴随??着晶胞参数不规则变化，导致这一现象的原因可能是锂离子??和锂空位空间规律发生变化，呈现出有序－无序－有序的变化??规律，晶体参数的变化导致材料颗粒体积的变化，Ｌｉ＾ｏ０２由??六方晶系Ｈ－２转变为单斜晶系Ｍ，材料晶胞沿￡：轴膨胀了??２．３％［３］；０．２８在ｘ＜０．４５时，单斜晶系Ｍ向第二个六方晶系０３??转变，此相变的发生为后续高电压钴酸锂开发起到引导作用；??当ｘ趋向于０时，第二个六方晶系０３逐渐转变为第二个单斜??晶系〇１转变，两相转变在４．５?Ｖ附近，该相变沿Ｃ轴发生剧??烈变化，膨胀了?２．６％？。图２为钴酸锂结构转变示意图。??Ｇ．Ｃｅｄｅｒ等？发现，０３相钴酸锂向Ｏｌ相Ｃｏ０２转变过程??中，存在Ｈ１－３的过渡相，该相与０１相及０３相的主要区别在??于Ｌｉ层的氧八面体与Ｃｏ层氧八面体的连接方式。０１相结构??中，Ｌｉ层与Ｃｏ层氧八面体是共面，而０３结构中，两种八面体??为共棱；Ｈ１－３结构为共面结构与共棱结构交替排布。图３为??０１、０３及Ｈ１－３包种典型钴酸锂结构示意图。??３合成方法及电化学性能??合成钴酸锂的常用方法有溶胶凝胶法、低温共沉淀法及??高温
图５??元素在ＬｉＣｏ０２颗粒中的空间分布；（ｇ）可视化子域；（ｈ）子域和整个粒??子作为一个整体的体积和表面积的霣化；仍所有子域的体积分布１＾??４．５?Ｖ下具有优异电化学性能；（４）电子离子双绝缘包覆：常用??的有镁、铝、钛、锆等氧化物。２０１６年Ｘｉｅ?Ｍｉｎｇ等？发现，三氧??化二铝包覆的样品，在４．７?Ｖ下具有更加优异的电性能。Ａ．??Ｙａｎｏ等？发现在高电压循环下，三氧化二铝包覆钴酸锂能够??抑制表层材料开裂，改善电性能。Ｓ．Ｓ?Ｊａｙａｓｒｅｅ等？发现，二氧??化钛包覆样品在高电压下能够提高稳定性，改善倍率性能。多??种元素共包覆也成为高压钴酸锂包覆改性的一个发展趋势。??除掺杂包覆外，高压电解液及功能隔膜的配套使用，也是??提高材料循环稳定性的一种有效手段。??５制备高性能钴酸锂的要求??随着对高压钴酸锂正极材料结构研究的不断深人和制备??工艺的不断优化，人们发现，高压钴酸锂需要从材料的晶胞结??构、一次品晶体结构、成品颗粒结构、材料表界面化学以及材??料大规模生产工艺技术过程进行优化，才可以使得高压钴酸??锂材料表现出更为优异的综合性能。??（１）晶胞结构：主要通过掺杂或共掺杂而实现调控，达到优??化材料的能级结构／离子传输通道的目的，从而提升材料电子??电导率／离子电导率或者结构稳定性，进而提升材料的倍率性??能和高压循环性能等；??（２）—次颗粒的晶体形貌：通过控制合成条件改变晶体的??优势生长方向、晶粒大孝晶粒堆积方式。这一层面的优化可??以优化电化学活性／惰性界面的面积、应力释放路径、锂离子??扩散路径，从而提升电池的倍率性能、循环稳定性和能量密度??等；??（３）成品颗粒结构
【参考文献】：
博士论文
[1]高电压钴酸锂的失效分析与改性研究[D]. 张杰男.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
[2]锂离子电池正极材料LiCoO2的改性及其薄膜制备研究[D]. 戴新义.电子科技大学 2016
本文编号：3501147
【文章来源】：电源技术. 2020,44(09)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图４?钴酸锂电池内部失效示意图曰??８８??
图１?钻酸键层状结构图［１］??Ｈ－２相，两相比例随ｘ的变化而变化；０．５?：Ｓ?ｘ＜?０．７５时，Ｕ?Ｃｏ０２??属于六方晶系（Ｈ－２相）；单相Ｈ－１和Ｈ－２都属于Ｒ－３ｍ空间群，??具有相同的对称性，但两相晶胞参数上有所不同，单相Ｈ－１通??常偏向半导体电导特性，单相Ｈ－２通常偏向金属电导特性％??０．４５矣ｘ＜０．５时，充电电压在４．２Ｖ左右，Ｌｉ￡：ｏ〇２由六方晶系??Ｈ－２转变为单斜晶系Ｍ，属于Ｐ１２／ｍｌ空间群，这一过程伴随??着晶胞参数不规则变化，导致这一现象的原因可能是锂离子??和锂空位空间规律发生变化，呈现出有序－无序－有序的变化??规律，晶体参数的变化导致材料颗粒体积的变化，Ｌｉ＾ｏ０２由??六方晶系Ｈ－２转变为单斜晶系Ｍ，材料晶胞沿￡：轴膨胀了??２．３％［３］；０．２８在ｘ＜０．４５时，单斜晶系Ｍ向第二个六方晶系０３??转变，此相变的发生为后续高电压钴酸锂开发起到引导作用；??当ｘ趋向于０时，第二个六方晶系０３逐渐转变为第二个单斜??晶系〇１转变，两相转变在４．５?Ｖ附近，该相变沿Ｃ轴发生剧??烈变化，膨胀了?２．６％？。图２为钴酸锂结构转变示意图。??Ｇ．Ｃｅｄｅｒ等？发现，０３相钴酸锂向Ｏｌ相Ｃｏ０２转变过程??中，存在Ｈ１－３的过渡相，该相与０１相及０３相的主要区别在??于Ｌｉ层的氧八面体与Ｃｏ层氧八面体的连接方式。０１相结构??中，Ｌｉ层与Ｃｏ层氧八面体是共面，而０３结构中，两种八面体??为共棱；Ｈ１－３结构为共面结构与共棱结构交替排布。图３为??０１、０３及Ｈ１－３包种典型钴酸锂结构示意图。??３合成方法及电化学性能??合成钴酸锂的常用方法有溶胶凝胶法、低温共沉淀法及??高温
图５??元素在ＬｉＣｏ０２颗粒中的空间分布；（ｇ）可视化子域；（ｈ）子域和整个粒??子作为一个整体的体积和表面积的霣化；仍所有子域的体积分布１＾??４．５?Ｖ下具有优异电化学性能；（４）电子离子双绝缘包覆：常用??的有镁、铝、钛、锆等氧化物。２０１６年Ｘｉｅ?Ｍｉｎｇ等？发现，三氧??化二铝包覆的样品，在４．７?Ｖ下具有更加优异的电性能。Ａ．??Ｙａｎｏ等？发现在高电压循环下，三氧化二铝包覆钴酸锂能够??抑制表层材料开裂，改善电性能。Ｓ．Ｓ?Ｊａｙａｓｒｅｅ等？发现，二氧??化钛包覆样品在高电压下能够提高稳定性，改善倍率性能。多??种元素共包覆也成为高压钴酸锂包覆改性的一个发展趋势。??除掺杂包覆外，高压电解液及功能隔膜的配套使用，也是??提高材料循环稳定性的一种有效手段。??５制备高性能钴酸锂的要求??随着对高压钴酸锂正极材料结构研究的不断深人和制备??工艺的不断优化，人们发现，高压钴酸锂需要从材料的晶胞结??构、一次品晶体结构、成品颗粒结构、材料表界面化学以及材??料大规模生产工艺技术过程进行优化，才可以使得高压钴酸??锂材料表现出更为优异的综合性能。??（１）晶胞结构：主要通过掺杂或共掺杂而实现调控，达到优??化材料的能级结构／离子传输通道的目的，从而提升材料电子??电导率／离子电导率或者结构稳定性，进而提升材料的倍率性??能和高压循环性能等；??（２）—次颗粒的晶体形貌：通过控制合成条件改变晶体的??优势生长方向、晶粒大孝晶粒堆积方式。这一层面的优化可??以优化电化学活性／惰性界面的面积、应力释放路径、锂离子??扩散路径，从而提升电池的倍率性能、循环稳定性和能量密度??等；??（３）成品颗粒结构
【参考文献】：
博士论文
[1]高电压钴酸锂的失效分析与改性研究[D]. 张杰男.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2018
[2]锂离子电池正极材料LiCoO2的改性及其薄膜制备研究[D]. 戴新义.电子科技大学 2016
本文编号：3501147
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3501147.html
