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钴系正极材料LiCoO2的优缺点及改进手段

时间:2014-7-24 9:19:36来源:本站原创浏览次数:
钴系正极材料主要以 LiCoO2为主,1980 年,有科学家提出把 LiCoO2作为正极材料,它属于 α-NaFeO2型层状结构,比较适合 Li⁺的脱出与嵌入,由于其层状结构较为稳定,表现出了比较好的电化学性能,由于其制备工艺简单,所以应用比较早,锂离子电池以 LiCoO2作为正极时,电池的工作电压一般在 3.6V 以上。LiCoO2的理论容量可以达到 273mAh/g。当然,LiCoO2作为正极也存在一些缺陷,比如受其本身结构的影响,并不能保证所有的 Li⁺能够可逆地发生脱/嵌反应,特别是经过多次充放电后,其晶体结构会发生一些改变,其容量会有所减少,导致其循环性能下降,而且由于地球上钴的储量比较少,热稳定性也不是很好、在过充电情况下也不稳定对环境有污染,生产成本高、价格昂贵。人们在不断寻找其替代品的同时,也在不断对其本身性能进行改进。 
 
图1显示的是钴酸锂的示意图:
钴酸锂示意图
图1  层状 LiCoO2示意图
 

目前,人们对 LiCoO2的性能改善手段主要是对其进行一些金属元素的掺杂。比如人们会选择一些过渡金属,例如锌、铁、铬、镍、锰、钛等,还有一些非过渡金属镁、铝、锶、钙等,具体做法是在 LiCoO2中把这些金属的离子按适当的比例掺杂进去,在晶格中占据部分的钴离子的位置,这样之后,某些金属离子可以起到使原来的钴酸锂的结构更加稳定的效果,从而使电池反应过程中 Li⁺不能完全可逆脱嵌的现象得到改善,增强了锂离子电池的循环性能;另外,还有某些金属离子可以更加高效,尽可能多的利用电池正极的活性,从而可以一定程度的使电池的容量有所提升;除此之外还有某些金属离子可以使材料导电性有所提高。当然,尽管掺杂这些金属元素可以提高材料某方面的性能,但可能会同时降低了其他方面的一些性能,鱼和熊掌不可得兼,另外,目前而言,进行这些掺杂的技术工艺还是有些困难的,所以主要还是要在 LiCoO2材料本身的性能和制造工艺上上多下功夫,使其功能更好的被发挥出来,并进一步降低生产成本。 
 

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