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行业百科

磷酸钴锂的合成表征及性能研究

发布时间:2019/11/19 09:09:20    访问量:3432 次

在众多锂离子电池中橄榄石型结构的LiMPO4(M=MnCoFeNi)倍受研究人员的追捧,其中的LiCoPO4相对于橄榄石家族其他几位成员来说,因具有更高的工作电压平台和更好的电子电导率而更受关注。LiCoPO4属于正交晶系,其具有4.8V的放电平台,167 mAh /g的理论放电比容量,能量密度在理论上约为800 Wh/kg[4],热稳定性好、能量密度高、循环寿命长、安全性能好[5]、能耗低、合成条件简单,有利于进一步的投入生产应用中,故其是一种很有前途的理想高电位锂离子电池正极材料。
磷酸钴锂有着稳定性好的橄榄石型结构,且安全性高,作为一种很有前景的锂离子电池正极材料,近年来,被研究学者们进行了更深一层的研究。为了进一步的提高磷酸钴锂中锂离子的扩散系数和磷酸钴锂的电子导电率,现在主流的改性方法是碳包裹、纳米化和离子掺杂。
磷酸钴锂的掺杂主要有三个位置Li位、Co位或P位,Li位掺杂的主流元素有TiAlMg等,研究人员虽然没有选择稀土元素进行掺杂,正是因为这样,掺杂稀土元素才给了我们更大的发掘探索空间。Co位掺杂的主流元素有NiMnCrCu等。目前虽然没有关于P位单独掺杂的报道[6],可这并不能掩盖其理论上的可行性。
CoMnNi为电化学活性阳离子[7-9],可以和磷酸钴锂形成LiMxCoPO4橄榄石结构化合物,掺杂这种金属离子能够在不改变磷酸钴锂原有结构的情况下提高其电化学性能。通过向以上三个位置掺杂某些元素,可以增大磷酸钴锂的晶胞体积,进而提高其载流子浓度,尤其是增大锂离子的扩散通道,减少其嵌入和脱嵌的阻力,来提高LiCoPO4导电性[10] 源自
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LiMPO4(M=MnCoFeNi)的改性除了掺杂金属外还有一种重要的方法,就是表面包裹技术。以LiCoPO4为例,我们可以向其添加碳黑、金属粉末等导电剂,制备成类似LiCoP04/C的复合材料。
加入导电剂有利于导电通路在晶格内部的形成,使电子或离子经过这些导电通路时速率得到提高,从而改善导电性。表面包裹技术不但可较大程度提高活性物质的利用率和电极反应的动力学速度,而且可提高材料的循环性能[11]。在正极材料表面包裹碳黑或者金属粒子后,正极材料颗粒之间的阻抗会减小,同时增加颗粒间的导电性能,从而提高材料的电化学性能。
凤谷粉体烧结实验团队[12]LiCoP04复合材料的性能研究中研究中,就成功合成不同温度下LiCoP04/C的复合材料。Panero[13]采用纳米Ag包裹在LiFeP04表面形成LiFeP04/Ag复合电极,成功的增加了LiFeP04颗粒内部以及颗粒之间的导电性。
制备LiMPO4(M=MnCoFeNi)复合材料虽然可以使导电性提高,但是存在着降低正极材料体积比能量或质量比能量的风险。所以,在制备复合材料时必须严格控制各组分的含量。

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