数码相机锂聚合物电池
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厚度：8.0mm
宽度：32.0mm
长度：43.0mm Max ( 含保护板)
掺杂的三元材料的改性
来源：互联网作者：Blue Taiyang浏览次数：1067发布时间：2022-04-21 21:31:54
由于三元材料（尤其是高镍三元材料）具有一些本征的缺点，例如在高电压下循环发生相变造成循环稳定性不好，电子电导率低和Lil N混排造成倍率性能差，容易与空气中的CO2和H2O发生反应生成LiCO和LiOH，造成高温气胀和循环性能下降，高脱锂状态下N+的强氧化性趋于还原生成N³*而释放O造成热稳定性不好，针对这些问题，人们发现可以通过离子掺杂、表面包覆以及采用电解液添加剂等措施改善三元正极材料的电化学性能。3.2.2.1 掺杂元素对三元材料性能的影响通过在三元材料晶格中掺杂一些金属离子和非金属离子不仅可以提高电子电导率和离子电导率，提高电池的输出功率密度，而且可以同时提高三元材料结构的稳定性（尤其是热稳定性）。常见的掺杂元素有A、Mg、T、Zr、F，不同元素的掺杂，作用有所不同。
（1）Mg掺杂的作用
当采用不等价阳离子掺杂时，会导致三元材料中过渡金属离子价态的升高或降低，产生空穴或电子，改变材料能带结构，从而提高其本征电子电导率。Fu等合成了Mg'掺杂的Li（Nio6CoMn02）1-MgO2。他们认为，Mg²'取代Co3t，当摩尔分数x（Mg）=0.03 时，电子电导率较未掺杂材料提高了近100倍，电化学性能最优。在3.0～4.3V电压区间、5C倍率下，首次放电比容量可以达到155mAh-g。同时，适当量的Mg掺杂能够显著提高材料的循环稳定性。2.Y.Liao 等 人 研 究 了Mg掺 杂 镍 基LiNio6-Co025Mn0 15Mg，O2材料，讨论了Mg含量对材料局部结构和电化学性能的影响。他们的研究表明随着Mg2+的增加，晶胞参数a、c增加，而 且使Ni的氧化态增加(N2+=0.72A,N3+=0.56A,Mg2+=0.72A)，Mg²"掺杂对Co，Mn价态影响不大。Mg²掺杂大大改进了电池的循环性能，降低了电极极化（电压曲线），当x（Mg2+）=0.03时有最好的性能，在室温和55℃时，30次循环的容量保持率由77%和63%增加到93%。采用高能同步加速器X射线吸收光谱（XAS）研究了材料过渡金属的价态和局部环境。×射线近吸收边结构（XANES）说明，Ni、Co、Mn初始价态分别为2+/3+，3+和4+，XAS研究表明，充电至5.2V时，主要的氧化还原反应是Ni2+Ni氧化成Ni4+XANES结果也证明脱锂时Ni—O键长大大缩短，而Co—O，Mn—O键长的变化较小。也进一步揭示所有第二层M-M间距离的降低是由于金属离子的氧化，并且造成a轴缩短。
（2）Mg/A掺杂
S.W.Woo 采用A和Mg对Li【Nio8Co0Mn 1-xAlMg】 O2 进行掺杂，并研究了掺杂对材料电化学性能的影响，研究结果表明随着Al和/或Mg掺杂量的增加，降低了Li【Nio8Co01Mno1-x-yAlMg】O2阳离子混排程度，改进了电化学循环性能和热稳定性，主要是由A 和/或Mg进入到主体材料晶格，稳定了材料的结构。涂层大大降低了氧的析出。A/Mg共掺杂更好地抑制了氧的析出。图3-17给出A和Mg单独掺杂对热稳定性的影响，A掺杂对热稳定性影响更明显，随着A 掺杂量的增加热分解温度升高。
（3）AJ掺杂
A掺杂可以很好改进三元材料的结构稳定性、热稳定性。研究了不同A含量替代Co对脱锂LiNi3Mn13Co（1/3-z）AO2材料与电解液高温反应的影响。研究发现，当A替代Co，当A 含量>0.06（摩尔比）时与电解液的反应小于尖晶石LiMn2O4与电解液的反应。当A含量为0.1（摩尔比）时，有很好的安全性能。Ding 的研究表明，当用0.06的A替代LiN;3Mn13-Co013AlO2中Mn时，材料有很好的结构稳定性和循环性能.
