鈷酸鋰包覆氧化鋁和包覆磷酸鋁性能對(duì)比分析

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1、鋰離子電池正極材料鈷酸鋰分別用Al2O3和AlPO4包覆對(duì)比摘要：ALPO4包覆的鈷酸鋰與Al2O3包覆的鈷酸鋰正極材料電化學(xué)性能和熱學(xué)性質(zhì)的比較。雖然，在4.6V下循環(huán)，AL2O3包覆的正極材料循環(huán)穩(wěn)定性和AlPO4包覆的循環(huán)穩(wěn)定性幾乎一樣，但是電壓增加到4.8V時(shí)，Al2O3包覆的材料容量急速衰減，較AlPO4包覆的材料容量多衰減20%。在4.8V下，AL2O3包覆材料不可逆容量（34mAH/g）也比ALPO4包覆材料（24mAh/g）大。這可能是在高的電壓下，更多的Co溶解在電解液中。差示掃描熱量?jī)x的測(cè)試結(jié)果顯示，AL2O3包覆

2、的正極材料的所以熱量釋放和未包覆的材料一樣，但是正極材料中釋放氧氣的起始溫度增長(zhǎng)到190℃（從未包覆材料的170℃）。另外，AlPO4包覆的鈷酸鋰顯示出了一個(gè)更加高的釋放氧氣溫度230℃，比起AL2O3包覆的材料熱量釋放的溫度大幅度降低。這個(gè)結(jié)果和12V過(guò)充實(shí)驗(yàn)有關(guān)：與AL2O3包覆和未包覆的鈷酸鋰正極材料相比，包覆AlPO4的鈷酸鋰沒(méi)有顯示出熱量流失的現(xiàn)象。介紹：評(píng)估鋰電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)是放電容量效率，循環(huán)壽命，和熱穩(wěn)定性，而這些性能很大程度上都由正極材料決定。在這些性能中，電池的熱穩(wěn)定性逐漸上升到和電池容量一樣重要。在安全指南下，

3、12V過(guò)充實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，沒(méi)有防護(hù)設(shè)備的電池顯示熱量的損失引發(fā)了過(guò)流，過(guò)充，和溫度急劇升高。很多報(bào)道的鋰電池安全事故都是由于移動(dòng)電子設(shè)備故障產(chǎn)生的。正極材料的重量部分加速了熱量累計(jì)的速率，外部溫度超過(guò)500℃時(shí)內(nèi)部短路會(huì)造成電池爆炸。引起這個(gè)問(wèn)題的最不利因素是，在提高溫度時(shí)，脫鋰的正極材料和易燃的電解液的劇烈反應(yīng)。它的影響可以通過(guò)DSC（差動(dòng)掃描量熱法）和溫度與熱量加速上升的關(guān)系確定。幾個(gè)學(xué)者報(bào)道在電解液中加入添加劑可以阻止熱量流失。然而，他們報(bào)道，比如磷酸化合物和芳香族化合物與甲基原子團(tuán)，可以降低電解液的易燃性質(zhì)。在充電狀態(tài)，γ-丁內(nèi)酯

4、經(jīng)常用作減少正極材料和電解液的直接反應(yīng)，這種溶劑，被報(bào)道分解進(jìn)入有機(jī)物質(zhì)，而這種有機(jī)物呢則是將正極材料封起來(lái)，阻隔了和電解液的直接反應(yīng)。有個(gè)結(jié)論，包含這個(gè)溶劑的鋰電池，在4.35V，針刺實(shí)驗(yàn)中，不發(fā)生爆炸。然而，這些添加劑損害了正極和負(fù)極的電化學(xué)性能。最近，Choetal.用包覆AlPO4基本的方法去把正極材料的熱不穩(wěn)定性降低到最小。正極包覆了的鋰離子電池沒(méi)有顯示出熱量散失，因?yàn)樵?2V過(guò)充后最大的放熱溫度為60℃，相反，未包覆的正極材料放熱溫度超過(guò)500℃。這個(gè)研究進(jìn)一步報(bào)道，在12V內(nèi)部短路后立即引發(fā)熱量散失。這個(gè)方法非常有用，因

5、為這為電極材料升到12V時(shí)熱性能提供了信息。用溶膠凝膠法包覆AL2O3和ZrO2來(lái)提升電化學(xué)性能這種類(lèi)似的方法也被報(bào)道。然而，它的過(guò)充性能還沒(méi)有報(bào)道，盡管這些文獻(xiàn)中的材料具有很好的容量效率和循環(huán)壽命，相比未包覆的材料來(lái)說(shuō)。在這篇文獻(xiàn)中，包覆Al2O3和AlPO4的不同電化學(xué)性能和熱性能將被研究。實(shí)驗(yàn)將Co3O4（平均粒度2~3μm）和LiOHH2O按1:1.05的比例混合，用機(jī)械混合2H使其均勻分布，混合粉末在氧氣氣氛下分別以600和900℃熱處理6和24h，其中LiXCoO2中X=1,過(guò)500目篩取樣得到20μm大小的LiCoO2，

6、用于電化學(xué)性能的測(cè)試。為了得到溶膠凝膠法在LiCoO2表面包覆Al2O3，將Al(IV)ethylhexanoisopropoxide(Al(OOC8H15)2(OC3H7)2,5g)溶解在異丙醇中，然后再21℃下攪拌20h。在130℃下干燥包覆有AL醇鹽的LICoO2，隨后在700℃下燒結(jié)5h。將硝酸鋁（Al(NO3)3·9H2O,3g)和磷酸氫二銨（((NH4)2HPO4,1g)溶解在蒸餾水中，直到出現(xiàn)白色懸浮液（AlPO4納米粒子）。然后將LiCoO2緩慢加入到包覆液中，混合到漿料的粘度達(dá)到100P。隨后，將漿料倒入盤(pán)中，在13

7、0℃下干燥6H，然后再在爐子中以700℃的溫度燒結(jié)5h。電池的標(biāo)準(zhǔn)容量設(shè)定在1600mAh（電池的尺寸為：3.2mm*85mm*53mm厚度*長(zhǎng)度*寬度）。用于半電池的電解液，鋰離子電池是用碳酸亞乙酯或碳酸二亞乙基或碳酸丁烯酮構(gòu)成的1MLiPF6（EC/DEC/EMC）（30:30:40的體積比）。半電池開(kāi)始以0.1C循環(huán)2周，然后繼續(xù)增加到0.2C、0.5C各一周，最后以1C繼續(xù)循環(huán)，在4.6V和4.8V的截止電壓下。放電電壓設(shè)置為3Ｖ。以金屬鋰做負(fù)極的半電池在４．６Ｖ和４．８V下做循環(huán)測(cè)試。以石墨做負(fù)極的鋰電池在3V~4.5V之間

8、做循環(huán)測(cè)試。包覆正極的倍率性能測(cè)試是用1600mAh的以石墨作負(fù)極的鋰電池，在3~4.2V之間以不同的倍率在室溫下完成。正極和負(fù)極的尺寸重量比對(duì)所有的電池測(cè)試都是一樣的（1:1.06）。為了確定電池的鋰離子擴(kuò)散速率的潛能