中文版 English   成员机构:

 广州融达电源材料有限公司
地址:广州经济技术开发区保税区广保大道215号
电话:020-82222111
传真:020-82069254
邮编:510730

 

 
高电压钴酸锂发展趋势
您现在的位置:首页 > 新闻中心
高电压钴酸锂发展趋势

        锂离子电池正极材料钴酸锂是目前锂离子电池商业化最主要的正极材料之一。因其工艺成熟,制备简单,容量比一般正极材料要高,一直以来占据市场较大份额。但是随着3C市场的迅猛发展,致使电池厂家对电池的容量有了越来越高的要求。而现有的钴酸锂产品容量在140mAh/g左右,很难达到3C市场的发展要求。因此在锂离子电池的研究中,提高锂离子电池的容量是一个重要的研究方面。而相对于目前碳负极350mAh/g 以上的比容量,钴酸锂的比容量是较低的。钴酸锂的理论嵌脱锂容量为274mAh/g,到目前为止的实际可逆嵌脱容量为140mAh/g左右。究其原因,是LiCoO2中的脱锂量达到约55%时(即可逆容量约150mAh/g时),有一个材料晶胞体积变化较大、可逆性不好的相转变过程,从而循环性能下降。这是目前商品化锂离子电池的充电电压限制在4.2V的原因之一,也是十几年来LiCoO2材料发展缓慢的原因所在。如何提高LiCoO2材料的比容量就成了重要的研究内容。提高锂离子电池的放电电压可以有效的提高钴酸锂的比容量,但在高电压下深度放电循环时,LiCoO2的容量衰减很大。当LiCoO2材料中锂离子的脱出量大于0.5个单元时,它在有机溶剂中就不稳定,会发生失去氧的反应,并在附近发生相变。发生相变后的结构不稳定,容易发生衰减,并伴随钴的损失。同时也由于在充电过程中LiCoO2中的钴离子氧化到+4价,其很强的氧化性会不断氧化电解液中的有机成分,从而沉积出一层薄膜在正极的表面,导致在循环过程中LiCoO2的容量逐渐衰减。研究发现,对材料进行表面修饰可以较好的抑制高电压下钴酸锂材料与电解液之间的不良反应,提高循环性能。目前市场上已有成型的高电压钴酸锂产品,容量在160mAh/g以上(将放电电压提高至4.35V或以上),已超过三元材料的容量,是市场上的紧俏产品。

而从已成型的高电压钴酸锂产品信息看,通过表面修饰的手段提高其放电电压,其循环性能并未受到影响。而现有主要的表面修饰方法,一种是表面包覆,一种是金属离子掺杂。表面包覆主要包覆的氧化物有,三氧化二铝、二氧化钛、氧化镁、氢氧化铝等,尤以三氧化二铝包覆居多。由于Al3+的原子半径小于Co3+的原子半径,所以Al3+结构更稳定,在高电压(3.0-4.5V)的情况下不会发生氧化还原反应。Al包覆后形成层状结构的LiAlO2或固溶体LiAlxCo1-xO2都能够有效的稳定在高电压循环下材料的表层结果。Al包覆实际起到了隔绝电解液和内层钴酸锂接触的作用,防止钴酸锂材料在高电压下出现钴的溶解并破坏层状结构。随着Al3+的增加,样品中阻隔的厚度也逐渐增加高电压下的结构稳定性变好。而金属离子掺杂,现有的主要掺杂的元素有,Al(铝)、Nb(铌)等。由于掺杂金属离子与氧离子形成的离子键的键能较钴与氧离子形成的离子键键能强,使得充放电过程中LiCoO2材料的骨架更加稳定,尤其高氧化态时。同时,所掺杂的金属离子在充放电时不参与反应,保持惰性。既减小了LiCoO2充放电时晶胞体积的变化率,也抑制了不可逆相变过程,因此在高放电电压下,减少了其容量衰减的速度。以上两种方式是钴酸锂现阶段较为常见的表面修饰方式,并且已正常商业化。
随着3C市场以及动力电池市场的发展,高电压正极材料是未来的发展趋势之所在。因此,加紧高电压产品的开发势不容缓。
 

CopyRight© 版权所有 广州融达电源材料有限公司 All Rights Reserved 粤ICP备11021262号