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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
(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;
(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。