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    磷酸鈷鋰的合成表征及性能研究

    文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2019-11-19 09:01【

    在眾多鋰離子電池中橄欖石型結構的LiMPO4(M=Mn,Co,Fe,Ni)倍受研究人員的追捧,其中的LiCoPO4相對于橄欖石家族其他幾位成員來說,因具有更高的工作電壓平臺和更好的電子電導率而更受關注。LiCoPO4屬于正交晶系,其具有4.8V的放電平臺,167 mAh /g的理論放電比容量,能量密度在理論上約為800 Wh/kg[4],熱穩定性好、能量密度高、循環壽命長、安全性能好[5]、能耗低、合成條件簡單,有利于進一步的投入生產應用中,故其是一種很有前途的理想高電位鋰離子電池正極材料。
    磷酸鈷鋰有著穩定性好的橄欖石型結構,且安全性高,作為一種很有前景的鋰離子電池正極材料,近年來,被研究學者們進行了更深一層的研究。為了進一步的提高磷酸鈷鋰中鋰離子的擴散系數和磷酸鈷鋰的電子導電率,現在主流的改性方法是碳包裹、納米化和離子摻雜。
    磷酸鈷鋰的摻雜主要有三個位置Li位、Co位或P位,Li位摻雜的主流元素有Ti、Al、Mg等,研究人員雖然沒有選擇稀土元素進行摻雜,正是因為這樣,摻雜稀土元素才給了我們更大的發掘探索空間。Co位摻雜的主流元素有Ni、Mn、Cr、Cu等。目前雖然沒有關于P位單獨摻雜的報道[6],可這并不能掩蓋其理論上的可行性。
    Co、Mn、Ni為電化學活性陽離子[7-9],可以和磷酸鈷鋰形成LiMxCoPO4橄欖石結構化合物,摻雜這種金屬離子能夠在不改變磷酸鈷鋰原有結構的情況下提高其電化學性能。通過向以上三個位置摻雜某些元素,可以增大磷酸鈷鋰的晶胞體積,進而提高其載流子濃度,尤其是增大鋰離子的擴散通道,減少其嵌入和脫嵌的阻力,來提高LiCoPO4導電性[10]。 源自
    鳳谷節能官網。

    QQ截圖20191111090459.jpg



    LiMPO4(M=Mn,Co,Fe,Ni)的改性除了摻雜金屬外還有一種重要的方法,就是表面包裹技術。以LiCoPO4為例,我們可以向其添加碳黑、金屬粉末等導電劑,制備成類似LiCoP04/C的復合材料。
    加入導電劑有利于導電通路在晶格內部的形成,使電子或離子經過這些導電通路時速率得到提高,從而改善導電性。表面包裹技術不但可較大程度提高活性物質的利用率和電極反應的動力學速度,而且可提高材料的循環性能[11]。在正極材料表面包裹碳黑或者金屬粒子后,正極材料顆粒之間的阻抗會減小,同時增加顆粒間的導電性能,從而提高材料的電化學性能。
    鳳谷粉體燒結實驗團隊[12]LiCoP04復合材料的性能研究中研究中,就成功合成不同溫度下LiCoP04/C的復合材料。Panero[13]采用納米Ag包裹在LiFeP04表面形成LiFeP04/Ag復合電極,成功的增加了LiFeP04顆粒內部以及顆粒之間的導電性。
    制備LiMPO4(M=Mn,Co,Fe,Ni)復合材料雖然可以使導電性提高,但是存在著降低正極材料體積比能量或質量比能量的風險。所以,在制備復合材料時必須嚴格控制各組分的含量。

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