數(shù)碼相機鋰聚合物電池
803243 1050mah 3.7v
厚度：8.0mm
寬度：32.0mm
長度：43.0mm Max ( 含保護板)
摻雜的三元材料的改性
來源：互聯(lián)網(wǎng)作者：Blue Taiyang瀏覽次數(shù)：1504發(fā)布時間：2022-04-21 21:31:54
由于三元材料（尤其是高鎳三元材料）具有一些本征的缺點，例如在高電壓下循環(huán)發(fā)生相變造成循環(huán)穩(wěn)定性不好，電子電導率低和Lil N混排造成倍率性能差，容易與空氣中的CO2和H2O發(fā)生反應生成LiCO和LiOH，造成高溫氣脹和循環(huán)性能下降，高脫鋰狀態(tài)下N+的強氧化性趨于還原生成N³*而釋放O造成熱穩(wěn)定性不好，針對這些問題，人們發(fā)現(xiàn)可以通過離子摻雜、表面包覆以及采用電解液添加劑等措施改善三元正極材料的電化學性能。3.2.2.1 摻雜元素對三元材料性能的影響通過在三元材料晶格中摻雜一些金屬離子和非金屬離子不僅可以提高電子電導率和離子電導率，提高電池的輸出功率密度，而且可以同時提高三元材料結(jié)構的穩(wěn)定性（尤其是熱穩(wěn)定性）。常見的摻雜元素有A、Mg、T、Zr、F，不同元素的摻雜，作用有所不同。
（1）Mg摻雜的作用
當采用不等價陽離子摻雜時，會導致三元材料中過渡金屬離子價態(tài)的升高或降低，產(chǎn)生空穴或電子，改變材料能帶結(jié)構，從而提高其本征電子電導率。Fu等合成了Mg'摻雜的Li（Nio6CoMn02）1-MgO2。他們認為，Mg²'取代Co3t，當摩爾分數(shù)x（Mg）=0.03 時，電子電導率較未摻雜材料提高了近100倍，電化學性能最優(yōu)。在3.0～4.3V電壓區(qū)間、5C倍率下，首次放電比容量可以達到155mAh-g。同時，適當量的Mg摻雜能夠顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。2.Y.Liao 等 人 研 究 了Mg摻 雜 鎳 基LiNio6-Co025Mn0 15Mg，O2材料，討論了Mg含量對材料局部結(jié)構和電化學性能的影響。他們的研究表明隨著Mg2+的增加，晶胞參數(shù)a、c增加，而 且使Ni的氧化態(tài)增加(N2+=0.72A,N3+=0.56A,Mg2+=0.72A)，Mg²"摻雜對Co，Mn價態(tài)影響不大。Mg²摻雜大大改進了電池的循環(huán)性能，降低了電極極化（電壓曲線），當x（Mg2+）=0.03時有最好的性能，在室溫和55℃時，30次循環(huán)的容量保持率由77%和63%增加到93%。采用高能同步加速器X射線吸收光譜（XAS）研究了材料過渡金屬的價態(tài)和局部環(huán)境。×射線近吸收邊結(jié)構（XANES）說明，Ni、Co、Mn初始價態(tài)分別為2+/3+，3+和4+，XAS研究表明，充電至5.2V時，主要的氧化還原反應是Ni2+Ni氧化成Ni4+XANES結(jié)果也證明脫鋰時Ni—O鍵長大大縮短，而Co—O，Mn—O鍵長的變化較小。也進一步揭示所有第二層M-M間距離的降低是由于金屬離子的氧化，并且造成a軸縮短。
（2）Mg/A摻雜
S.W.Woo 采用A和Mg對Li【Nio8Co0Mn 1-xAlMg】 O2 進行摻雜，并研究了摻雜對材料電化學性能的影響，研究結(jié)果表明隨著Al和/或Mg摻雜量的增加，降低了Li【Nio8Co01Mno1-x-yAlMg】O2陽離子混排程度，改進了電化學循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性，主要是由A 和/或Mg進入到主體材料晶格，穩(wěn)定了材料的結(jié)構。涂層大大降低了氧的析出。A/Mg共摻雜更好地抑制了氧的析出。圖3-17給出A和Mg單獨摻雜對熱穩(wěn)定性的影響，A摻雜對熱穩(wěn)定性影響更明顯，隨著A 摻雜量的增加熱分解溫度升高。
（3）AJ摻雜
A摻雜可以很好改進三元材料的結(jié)構穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性。研究了不同A含量替代Co對脫鋰LiNi3Mn13Co（1/3-z）AO2材料與電解液高溫反應的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當A替代Co，當A 含量>0.06（摩爾比）時與電解液的反應小于尖晶石LiMn2O4與電解液的反應。當A含量為0.1（摩爾比）時，有很好的安全性能。Ding 的研究表明，當用0.06的A替代LiN;3Mn13-Co013AlO2中Mn時，材料有很好的結(jié)構穩(wěn)定性和循環(huán)性能.
