钴酸锂仍是小型锂电池的佳选择。目前在3C电子电池中,大多数仍使用钴酸锂而并非比容量更高的三元材料,原因是钴酸锂材料的压实密度大于三元材料,即单位体积内能容纳的钴酸锂量更多。在更为重视体积密度的小型电池中,钴酸锂占有着一席之地。
钴酸锂理论容量高,但实际容量却只有理论的一半。原因是在充电过程中锂离子要从钴酸锂材料中脱出,但脱出量小于50%时,材料的形态和晶型可以保持稳定。
随着锂离子脱出量增大至50%时,钴酸锂材料将发生相变,如果此时继续充电,钴将溶解在电解液中并产生氧气,严重影响电池循环稳定性和安全性能,因此一般的钴酸锂充电截止电压为4.2V。
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
前面讲了三元改性,在此不再累赘。简单说两句吧!针对以上这些问题,目前工业界广泛采用的改性措施包括:
1、杂原子掺杂。为了提高材料所需要的相关方面的性能(如热稳定性、循环性能或倍率性能等),通常对正极材料进行掺杂改性研究。
2、表面包覆。三元表面包覆物可以分为氧化物和非氧化物两种。常见的氧化物包括MgO、Al2O3、ZrO2和TiO2这几种,常见的非氧化物主要有AlPO4、AlF3、LiAlO2、LiTiO2等。
3、生产工艺的优化。改进生产工艺主要是为了提高三元产品品质,比如降低表面残碱含量、改善晶体结构完整性、减少材料中细粉的含量等,这些因素都对材料的电化学性能有较大影响。