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固相法等。表1为钴酸锂合成方法及优缺点。AbdulAziz等[6]通过溶胶凝胶法制备钴酸锂,应用在硝酸锂的水性电解液电池中也具有较高的初始比容量115.49mAh/g。Wu等[7]采用低温共沉淀法合成钴酸锂,在3.0~4.5 V@1.0 C,1
4.1钴酸锂存在的问题
由于正极材料本身的局限性,高电压下过量脱锂导致层状结构不稳定,产生体相结构变化,伴随着相变和体积变化,使得晶胞参数变化、晶界错位、应力变化、颗粒开裂,导致容量快速衰减;体相结构体积变化影响到表面结构变化,使得表面易产生裂纹,导致表面热稳定性减弱、金属溶解、析氧等;表面结构的变化伴随着界面副反应及氧的转移,使得电解液氧化、内阻增加、产气、热稳定及安全性能下降等,导致一系列宏观电池失效行为
在高电压下相变的可逆程度是决定钴酸锂应用的关键,而期望用单一的方法解决高压钴酸锂的问题是不现实的。结合有效掺杂、共包覆、高压电解液及新功能隔膜配套使用来缓解钴酸锂电池内部失效,从而改善高压钴酸锂
铝离子半径与钴离子相近,使得铝离子更易均匀掺杂到钴层中,并不影响锂离子的传输,同时铝离子不参与反应,起到稳定骨架的作用;(2)阳离子掺杂:阳离子掺杂通常指价态正三价的离子,主要包括钛、锰、锆、钼、钨等离子。
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。
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。
(4)材料的表界面化学:主要指颗粒表界面共包覆、颗粒浅层元素浓度梯度化、表界面化学稳定化,这种优化可以提升材料高温存储性能及安全性能。
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:
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