绵阳钴酸锂回收服务至上

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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。

钴酸锂充放电过程伴随着锂离子的脱出和嵌入，空间结构逐步发生变化。


当0.93≤x≤1，LixCoO2属于六方晶系(H-1相)；0.75≤x＜0.93时，六方晶系H-1相逐渐转变成六方晶系H-2相，两相比例随x的变化而变化；


0.5≤x＜0.75时，LixCoO2属于六方晶系(H-2相)；单相H-1和H-2都属于R-3m空间群，具有相同的对称性，但两相晶胞参数上有所不同，单相H-1通常偏向半导体电导特性，单相H-2通常偏向金属电导特性[2]；


0.45≤x＜0.5时，充电电压在4.2V左右，LixCoO2由六方晶系H-2转变为单斜晶系M，属于P12/m1空间群，

这一过程伴随着晶胞参数不规则变化，

导致这一现象的原因可能是锂离子和锂空位空间规律发生变化，


呈现出有序-无序-有序的变化规律，晶体参数的变化导致材料颗粒体积的变化，


LixCoO2由六方晶系H-2转变为单斜晶系M，材料晶胞沿c轴膨胀了2.3%[3]；



0.28≤x＜0.45时，单斜晶系M向第二个六方晶系O3转变，此相变的发生为后续高电压钴酸锂开发起到引导作用；



当x趋向于0时，第二个六方晶系O3逐渐转变为第二个单斜晶系O1转变，两相转变在4.5V附近，该相变沿c轴发生剧烈变化，膨胀了2.6%[3]
体相掺杂能够稳定材料结构，抑制不可逆相变，提高材料循环性能。

体相掺杂包含：

(1)阳离子掺杂：阳离子通常指价态不正三价的离子，主要有锂空位、锂离子、镁离子、铝离子、锆离子等。

A.R.West等[8]将镁离子引入到钴酸锂中，认为镁离子掺杂更倾向于钴的位置，使得钴的价态提高，产生一种导入型P型半导体掺杂，同时产生部分锂空位，能够在一定程度上提高电子电导，其研究成果对后续镁离子掺杂起到引导作用。


Delmas等[9]认为只有镁掺杂达到一定的量才能形成连续通道，表现出金属特性区域，才会反应出电子电导提升的现象。


目前，二价镁离子是工业生产成功掺杂元素之一。


三价元素掺杂，主要分为无化学活性的硼、铝、铱，有化学活性的锰、镍、铬等元素。


G.Cede r等[10]通过理论计算预测及实验证明铝离子能够有效提高钴酸锂在高压下的循环性能及降低成本
采用钛、镁、铝痕量元素共掺杂，采用同步辐射X射线三维成像技术揭示镁和铝元素更容易掺杂进入材料晶体结构中抑制4.5V左右相变；

钛元素则倾向于界面和表面富集，提高倍率性能和降低表面氧活性；钛、镁、铝痕量元素共掺杂在高电压下具有的效率，倍率性能及循环性能。


ZhangJie Nan等从晶体结构、电子结构和材料亚微米尺度微观结构等不同维度对材料进行综合求证，为设计高电压、高容量正极材料提供了理论依据。多种元素共掺杂越发成为高压钴酸锂掺杂改性的一个发展方向。


图5为同步辐射X射线三维成像技术揭示铝(a、d)，钴(b、e)及钛(c、f)元素在LiCoO2颗粒中的空间分布；

(g)为可视化子域；


(h)为子域和整个粒子作为一个整体的体积和表面积的量化；


(i)为所有子域的体积分布。