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三价元素掺杂铝离子是成功的一员,铝离子掺杂进入材料晶胞,取代钴离子的位置。铝离子半径与钴离子相近,使得铝离子更易均匀掺杂到钴层中,并不影响锂离子的传输,同时铝离子不参与反应,起到稳定骨架的作用;(2)阳离子掺杂:阳离子掺杂通常指价态正三价的离子,主要包括钛、锰、锆、钼、钨等离子。Gopukumar等[12]发现适量的钛掺杂能提高材料的放电比容量,同时钛元素的掺杂后能降低钴的平均价态,提高材料循环稳定性
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表面包覆能够抑制表面元素溶解,稳定表面结构,提升电化学性能。表面包覆包括:(1)电子导体包覆:碳元素是一种电子导体材料,J.Kim等[15]通过低温液相法将碳元素包覆在钴酸锂表面,他们发现碳能够提高循环性能、倍率性能及高温存储性能;(2)离子导体包覆:LATP是一种良好的离子导体材料,Morimoto等[16]应用机械法将电解质LATP包覆在钴酸锂表面,提高钴酸锂在4.5V的循环性能及倍率性能
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A.Yano等[19]发现在高电压循环下,三氧化二铝包覆钴酸锂能够抑制表层材料开裂,改善电性能。S.S.Jayasree等[20]发现,二氧化钛包覆样品在高电压下能够提高稳定性,改善倍率性能。多种元素共包覆也成为高压钴酸锂包覆改性的一个发展趋势。
除掺杂包覆外,高压电解液及功能隔膜的配套使用,也是提高材料循环稳定性的一种有效手段
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(1)晶胞结构:主要通过掺杂或共掺杂而实现调控,达到优化材料的能级结构/离子传输通道的目的,从而提升材料电子电导率/离子电导率或者结构稳定性,进而提升材料的倍率性能和高压循环性能等;
(2)一次颗粒的晶体形貌:通过控制合成条件改变晶体的优势生长方向、晶粒大小、晶粒堆积方式。这一层面的优化可以优化电化学活性/惰性界面的面积、应力释放路径、锂离子扩散路径,从而提升电池的倍率性能、循环稳定性和能量密度等
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(3)成品颗粒结构:成品颗粒是大颗粒、小颗粒级配形成的颗粒,可以通过改变大小颗粒的粒径、改变级配比、大小一次颗粒的形貌、大小一次颗粒的大小及分布,获得佳的材料加工性能、极片压实密度、颗粒力学强度,从而提升电池的能量密度等;
(4)材料的表界面化学:主要指颗粒表界面共包覆、颗粒浅层元素浓度梯度化、表界面化学稳定化,这种优化可以提升材料高温存储性能及安全性能
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(1)表面界面结构的控制:主要通过引入新的表面包覆优化表面结构,抑制过渡金属溶解,抑制表面重构,从而达到提的目的;
(2)抑制表层氧的活性:氧的溢出伴随着过渡金属溶解及产气的发生。通过表层处理及高压电解液的配套使用,降低材料表面气体溢出,从而达到提高高温稳定性及循环性能的目的
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