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在钴酸锂电极材料的探索中,高电压钴酸锂的探索一直是萦绕在研究人员心中。在早期的钴酸锂探索中,当电压4.25V时,电池的循环性能出现了快速的衰减,此时钴酸锂材料六方晶相开始向单斜相转变。
相关研究表明单斜相变与电池性能衰减之间的关系如下:相变过程中材料体积变化导致材料性能变化;相变不可逆造成容量衰减与结构破坏;
表面副反应进一步加剧;过渡金属溶解加速Li源消耗;氧参与电荷转移进一步氧化电解液。
随着对材料改性技术的运用,相关高电压钴酸锂材料取得了长足的进步,然而关于高电压钴酸锂材料的研究依然爱不得不面对如下几个问题
钴酸锂具有岩盐相、尖晶石结构相及层状结构相三种不同类型的物相结构。
相层状结构具有好的电化学性能,层状结构钴酸锂为六方晶系α-NaFeO2构造类型,空间群为R-3m,Co原子与近的O原子以共价键的形式形成CoO6八面体,其中二维Co-O层是CoO6八面体之间以共用侧棱的方式排列而成,
Li与近的O原子以离子键结合成LiO6八面体,Li离子与Co离子交替排布在氧负离子构成的骨架中,充放电过程中CoO2层之间伴随着Li离子的脱离和嵌入,钴酸锂仍能保持原来的层状结构稳定而不发生坍塌,是钴酸锂得到广泛应有的关键。
由于3C及其他领域对电池的能量密度要求越来越高,快速充电越发流行,钴酸锂必然朝着更高电压、更大倍率方向发展。高压钴酸锂的难点主要集中在以下几个方面:
(1)体相结构的控制:在高电压下,层状结构钴酸锂由于过度脱锂,结构发生剧烈变化,伴随着相变及应力的产生,过度的应力会使颗粒开裂,破坏体相结构,使得循环性能变差。可以通过微量元素共掺杂来抵消应力,以达到抑制材料开裂的目的;
(2)表面界面结构的控制:主要通过引入新的表面包覆优化表面结构,抑制过渡金属溶解,抑制表面重构,从而达到提的目的;
(3)抑制表层氧的活性:氧的溢出伴随着过渡金属溶解及产气的发生。通过表层处理及高压电解液的配套使用,降低材料表面气体溢出,从而达到提高高温稳定性及循环性能的目的
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