关注公众号

关注公众号

手机扫码查看

手机查看

喜欢作者

打赏方式

微信支付微信支付
支付宝支付支付宝支付
×

锂电池LiCoO2正极材料的介绍

2022.9.08

  LiCoO2具有三种物相,即a-NaFeO2型层状结构的LiCoO2、尖晶石结构的LT-LiCoO2和岩盐相LiCoO2。层状LiCoO2氧原子采用畸变立方密堆积序列,钴和锂分别占据立方密堆积中的八面体(3a)和(3b)位置;尖晶石结构的LiCoO2中氧原子为理想立方密堆积排列,锂层中含有25%的的钴原子,钴层中含有25%锂原子;岩盐相晶格中Li+和Co3+随机排列,无法清晰地分辨出锂层和钴层。

  目前在锂离子电池中应用较多的是层状结构的LiCoO2,其具有工作电压高、充放电电压平稳,适合大电流充放电,比能量高、循环性能好等优点,锂离子在键合强的CoO2层间进行二维运动,锂离子电导率高,扩散系数为10-9~10-7cm2·s-1,其理论容量为274 mAh·g-1,实际比容量为140 mAh·g-1左右。由于其具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优势,所以是最先实现商品化的正极材料。

  但LiCoO2价格昂贵,实际比容量仅为其理论容量274 mAh×g-1的50%左右,钴的利用率较低;LiCoO2的循环寿命已达到1000次,但仍有待于进一步提高;此外LiCoO2的抗过充电性能较差,在较高充电电压下比容量迅速降低。为克服LiCoO2存在的问题,人们研究采取了多种措施以提高LiCoO2的性能。

  层状LiCoO2一般采用高温固相反应制备,为了获得纯相且颗粒均匀的产物,需要将焙烧和球磨技术相结合进行长时间或多阶段加热。高温固相合成方法工艺简单、利于工业化生产,但也存在如下缺点:(1) 反应物难以混合均匀,需要较高的反应温度和较长的反应时间,能耗大;(2) 产物颗粒较大且粒径范围宽,颗粒形貌不规则,调节产品的形貌特征比较困难,导致材料的电化学性能不易控制。为了克服固相反应的缺点,采用溶胶-凝胶方法、喷雾分解法、沉降法等方法制备LiCoO2,这些方法的优点是Li+和Co2+离子间可以充分接触,基本上实现了原子级水平的均匀混合,并且较易实现对产物组成和粒径的可控制备。

  此外,人们还采用了其他改性方法。如采用Ni,Al,Ti,Fe等元素对Co进行搀杂取代,以稳定层状材料结构、提高电化学性能并降低生产成本;在LiCoO2表面包覆Al2O3,P2O5,AlPO4,MgO等物质,改善电极材料与电解液间的恶性相互作用,减缓钴的溶解等。

推荐
关闭