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在钴酸锂电极材料的探索中,高电压钴酸锂的探索一直是萦绕在研究人员心中。在早期的钴酸锂探索中,当电压4.25V时,电池的循环性能出现了快速的衰减,此时钴酸锂材料六方晶相开始向单斜相转变。


相关研究表明单斜相变与电池性能衰减之间的关系如下:相变过程中材料体积变化导致材料性能变化;相变不可逆造成容量衰减与结构破坏;


表面副反应进一步加剧;过渡金属溶解加速Li源消耗;氧参与电荷转移进一步氧化电解液。


随着对材料改性技术的运用,相关高电压钴酸锂材料取得了长足的进步,然而关于高电压钴酸锂材料的研究依然爱不得不面对如下几个问题

随着3C产品更新换代越发频繁,3C产品“轻薄化、化”是一个发展趋势,这对锂离子电池能量密度提出更高要求。


目前主要通过提高截止电压来提高钴酸锂电池的能量密度。

提高充电电压,更多的锂离子从晶格中脱出,会引起结构的不稳定;

材料表层脱锂程度变高,结构相变从材料表面扩展到颗粒内部;

态钴不稳定,具有强氧化性,易与电解液反应;

钴的溶解伴随着氧的脱出及产气的发生,这些因素都会造成循环寿命缩短,安全性降低,影响高电压钴酸锂的实际应用。

为此,研究者提出许多方法进行改进,主流的方法是掺杂、包覆、电解液的优化、功能隔膜的使用。

掺杂是通过引入其他元素,掺入材料晶格中,优化体相结构,抑制充放电过程中相变,从而起到改善循环的作用;


包覆是在表层或浅层引入其他元素,优化表面界面结构,抑制表面界面副反应,从而起到改善循环的作用;

电解液优化及功能隔膜使用,提高电解液及隔膜的抗氧化能力,抑制锂枝晶生长,提高安全性能,从而改善循环作用。


近年来,研究者们同时进行基于高压钴酸锂表面掺杂、包覆、电解液优化及功能隔膜的使用来解决问题,高压钴酸锂的容量及循环得到改善,截止电压得到逐步提高。

钴酸锂具有岩盐相、尖晶石结构相及层状结构相三种不同类型的物相结构。


相层状结构具有好的电化学性能,层状结构钴酸锂为六方晶系α-NaFeO2构造类型,空间群为R-3m,Co原子与近的O原子以共价键的形式形成CoO6八面体,其中二维Co-O层是CoO6八面体之间以共用侧棱的方式排列而成,


Li与近的O原子以离子键结合成LiO6八面体,Li离子与Co离子交替排布在氧负离子构成的骨架中,充放电过程中CoO2层之间伴随着Li离子的脱离和嵌入,钴酸锂仍能保持原来的层状结构稳定而不发生坍塌,是钴酸锂得到广泛应有的关键。
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;

(3)电子离子双导体包覆:电极是一种的电子离子导体,JoongSun Park等[17]发现AlWxFy是一种良好的电子离子导体,包覆钴酸锂在4.5V下具有电化学性能;

(4)电子离子双绝缘包覆:常用的有镁、铝、钛、锆等氧化物。
2016年XieMing等[18]发现,三氧化二铝包覆的样品,在4.7V下具有更加的电性能。
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。
由于3C及其他领域对电池的能量密度要求越来越高,快速充电越发流行,钴酸锂必然朝着更高电压、更大倍率方向发展。高压钴酸锂的难点主要集中在以下几个方面:


(1)体相结构的控制:在高电压下,层状结构钴酸锂由于过度脱锂,结构发生剧烈变化,伴随着相变及应力的产生,过度的应力会使颗粒开裂,破坏体相结构,使得循环性能变差。可以通过微量元素共掺杂来抵消应力,以达到抑制材料开裂的目的;


(2)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;



(3)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

名称钴酸锂回收
价格200.00 元
地区全国
联系龚明理
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