Small Methods:表面修饰与结构重构构建高性能钴酸锂正极

钴酸锂正极材料理论比容量高达274mAh/g,具有非常高的能量密度。然后为获得较高容量需提高钴酸锂充电电压,高电压下(>4.35V)不仅钴酸锂结构会产生不可逆相变,表面也会催化电解液发生氧化分解反应,导致容量衰减和性能恶化。改善钴酸锂在高电压循环下的稳定性,延长其循环寿命,可以从两个方面着手。一个是进行体相掺杂,通过引入其他金属离子对其微结构进行调控,抑制其在高电压下的不可逆相变。另一方面是表面修饰,通过减少钴酸锂与电解液的接触面积减少钴酸锂和电解液之间的副反应,从而获得更加稳定的表面结构。除循环性能外,倍率性能也是评价电极材料的一个重要指标。为了得到优异的倍率性能,电极材料需要具有较高的电子和离子导电率。对于钴酸锂来说,材料中部分Co3+离子的氧化形成Co3+/Co4+混合价会大大提高其电子电导,从而获得更好的倍率性能。

近日,合肥工业大学材料科学与工程学院项宏发教授和中国科学技术大学材料科学与工程系余彦教授合作发表了题为“A novel protective strategy on high-voltage LiCoO2 cathode for fast charging applications Li1.6Mg1.6Sn2.8O8 double layer structure via SnO2 surface modification”的文章。本论文采用SnO2对Mg掺杂的LiCoO2进行包覆处理,经过高温热处理后Mg和部分Li会迁移到表面与SnO2反应生成Li1.6Mg1.6Sn2.8O8,在高电压循环下可以稳定LiCoO2表面,减少跟电解液之间的副反应,从而提高其循环寿命。经过长时间大倍率循环后,对比样品表面出现明显裂纹,而包覆后的样品则表现出更好的稳定性,没有明显裂纹的出现。另一方面,在热处理过程中Mg掺杂LiCoO2中Li和Mg的迁移析出对LiCoO2的微结构也会产生一定的影响,部分Co3+会被氧化成Co4+,混合价的生成使得LiCoO2的电子电导率明显提高,从而明显改善材料的倍率性能。

相关论文以“A novel protective strategy on high-voltage LiCoO2 cathode for fast charging applications Li1.6Mg1.6Sn2.8O8 double layer structure via SnO2 surface modification”为题在线发表在Small Methods上(doi.org/10.1002/smtd.201900355)。