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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

可充电锂离子电池是新一代绿色储能电池，具有功率密度高、无记忆效应、循环稳定性好和使用寿命长等优点，已经广泛应用于3C方面、智能联网、分布式储能等领域。


锂离子电池种类繁多，主要由层状结构钴酸锂、镍酸锂及镍钴锰酸锂，

橄榄石结构磷酸铁锂等构成，其中层状结构钴酸锂具有高的理论密度值，


其体积比能量至今无其他正极材料能够。随着对钴酸锂研究的不断深入，钴酸锂的充电电压从4.2V逐步升高到4.45 V，


甚至更高电压，比容量已经达到180~185mAh/g。


随着3C产品更新换代越发频繁，3C产品“轻薄化、化”是一个发展趋势，这对锂离子电池能量密度提出更高要求

采用钛、镁、铝痕量元素共掺杂，采用同步辐射X射线三维成像技术揭示镁和铝元素更容易掺杂进入材料晶体结构中抑制4.5V左右相变；

钛元素则倾向于界面和表面富集，提高倍率性能和降低表面氧活性；钛、镁、铝痕量元素共掺杂在高电压下具有的效率，倍率性能及循环性能。


ZhangJie Nan等从晶体结构、电子结构和材料亚微米尺度微观结构等不同维度对材料进行综合求证，为设计高电压、高容量正极材料提供了理论依据。多种元素共掺杂越发成为高压钴酸锂掺杂改性的一个发展方向。


图5为同步辐射X射线三维成像技术揭示铝(a、d)，钴(b、e)及钛(c、f)元素在LiCoO2颗粒中的空间分布；

(g)为可视化子域；


(h)为子域和整个粒子作为一个整体的体积和表面积的量化；


(i)为所有子域的体积分布。

表面包覆能够抑制表面元素溶解，稳定表面结构，提升电化学性能。
表面包覆包括：(1)电子导体包覆：碳元素是一种电子导体材料，J.Kim等[15]通过低温液相法将碳元素包覆在钴酸锂表面，他们发现碳能够提高循环性能、倍率性能及高温存储性能；
(2)离子导体包覆：LATP是一种良好的离子导体材料，Morimoto等[16]应用机械法将电解质LATP包覆在钴酸锂表面，提高钴酸锂在4.5V的循环性能及倍率性能；

(3)电子离子双导体包覆：电极是一种的电子离子导体，JoongSun Park等[17]发现AlWxFy是一种良好的电子离子导体，包覆钴酸锂在4.5V下具有电化学性能；

(4)电子离子双绝缘包覆：常用的有镁、铝、钛、锆等氧化物。
2016年XieMing等[18]发现，三氧化二铝包覆的样品，在4.7V下具有更加的电性能。
A.Yano等[19]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[20]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。
随着对高压钴酸锂正极材料结构研究的不断深入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)一次颗粒的晶体形貌：通过控制合成条件改变晶体的优势生长方向、晶粒大小、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
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