盐城钴酸锂回收
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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]
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。