【摘 要】
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钴酸锂(LiCoO2)由于具有较高的理论体积比容量(1363 m Ah cm-3),在消费类电子产品用锂离子电池正极材料市场中仍占有重要地位。但是LiCoO2在循环过程中由于受到电解液中痕量HF
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钴酸锂(LiCoO2)由于具有较高的理论体积比容量(1363 m Ah cm-3),在消费类电子产品用锂离子电池正极材料市场中仍占有重要地位。但是LiCoO2在循环过程中由于受到电解液中痕量HF的攻击和自身结构的不稳定会导致容量衰减。同时,高容量的负极如硅,硬碳等面临着首次充放电库伦效率较低进而降低全电池容量的问题。这两方面的问题都限制了全电池的综合性能。针对上述问题,本文提出了将补锂材料Li5FeO4包覆在LiCoO2颗粒表面,以同时解决LiCoO2的容量衰减和高容量负极首次库伦效率较低的问题。采用两步法(沉淀和烧结)制备了包覆材料。研究表明,当烧制温度为750℃,使用p H约为13的Na OH溶液作为沉淀剂,所制备包覆材料的循环性能明显优于原始LiCoO2,并且Li5FeO4包覆层的脱锂容量达到710 m Ah g-1。通过调控原料比制备了Li5FeO4的含量分别为6 wt.%和9 wt.%的Li5FeO4包覆的LiCoO2,两者在3-4.3 V(vs.Li/Li+)电压范围内的循环性能和倍率性能优于原始LiCoO2,但在充电截止电位为4.4 V和4.5 V时循环性能都比原始LiCoO2差。从Co的溶解和阻抗的变化两个方面研究了Li5FeO4包覆层改善循环性能和倍率性能的机理。电化学阻抗谱分析结果表明,Li5FeO4包覆层能够抑制电极/电解液界面处的副反应,抑制SEI膜的增厚。包覆层还能够抑制电极总阻抗的增加。这是LFO包覆层改善电极循环性能的原因。阻抗谱低频区的分析结果表明,Li5FeO4包覆层提高了电极材料的锂离子扩散系数,所以改善了倍率性能。总之,在LiCoO2颗粒上构建的Li5FeO4包覆层实现了提升材料的循环性能和为电池补锂的双重功能。这一策略也适用于其他锂离子电池正极材料。
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