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提高类橄榄石晶体结构高电压锂电池正极材料性能的方法

作者:百思通  来源:本站  发表时间:2015-11-30 14:08:51  浏览
提高锂离子电池正极材料的电压是目前提升锂离子电池能量密度的新思路。高电压材料包括类尖晶石晶体结构和类橄榄石晶体结构两种正极材料。LiMPO4(M=Co,Ni)就是一种典型的高电压类橄榄石晶体结构材料。其中,LiCoPO4具有4.8V的放电电势,LiNiPO4具有5.2V的放电电势,且理论容量都接近170 mAh/g。
   5.2V是目前最高的充放电电压,因为尚未开发出能够与之匹配的电解液,故尚未有关于LiNiPO4正极材料锂电池性能的报道,关于LiCoPO4材料的报道多些,但在现有电解液体系下得出的LiCoPO4材料循环充放电性能很差。
   类橄榄石晶体结构在高电压条件下表现出的副作用有三。1、正极材料会与电解液发生反应,形成固液界面层;2、电解液会部分溶解Co离子,大大恶化锂电池循环充放电性能;3、电导性能差,电导率低。因此,采用高电压类橄榄石晶体结构必须施以必要的手段以提高其性能,这些手段有三种。
   1、纳米化。活性物质采用纳米级的小颗粒要比微米级大颗粒具有更短的锂离子和电子传输扩散路径。
   2、掺杂。与类尖晶石晶体结构既可掺杂阳离子也可掺杂阴离子不同,类橄榄石晶体结构只掺杂阳离子提高正极材料的电导率。
   3、涂层。非晶碳涂层能形成相互连接的电子高速传输通道,从而提高性能,特别是提高首次放电容量以及充放电循环性能。
   总体来说,类橄榄石晶体结构的LiMPO4(M=Co,Ni)比类尖晶石晶体结构具有更多的理论容量,但电导率低,循环性能差,这使得该正极材料锂离子电池研发没有类尖晶石晶体结构锂离子电池的研发成果多,而进入实业化阶段则需要有更大的性能改进技术,这主要指的是电动车用动力锂电池。
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