LiCoO2表面包覆层调控与电化学性能研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianxiuli_ok
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作为一种高效储能装置,锂离子电池已被广泛应用。在锂离子电池中,正极材料的性能对电池的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性等起着重要影响。对正极材料进行表面包覆可有效减少电解质和正极材料的直接接触从而提高材料的电化学性能,但包覆层的自身性质和厚度往往是制约材料性能的主要因素。此外,在高温煅烧包覆前驱体过程中包覆层会与基体材料发生反应转变为新的包覆材料。基于此,本文选择代表性的层状氧化物正极Li Co O2(LCO),设计了锂离子导体、非锂离子导体材料包覆LCO,探究了不同包覆层和LCO的反应情况以及材料在液态电池、全固态电池体系中的电化学性能。首先,在LCO表面设计了TiO2、Al2O3、CuO和Mg O等氧化物包覆层,结合XRD表征分析了不同煅烧温度下包覆层的结构组成,发现特定的包覆材料和LCO可在一定煅烧温度下反应形成新的多相包覆层。为进一步探究包覆层对LCO电化学性能的影响,组装了液态扣式半电池进行测试,结果表明多相包覆层对LCO的性能改善起到了积极作用。但是将不同包覆材料包覆的LCO匹配硫化物固态电解质并组装固态电池后,其性能却不如未改性的LCO,这可能是与包覆层的离子电导率低有关。基于上述结果,又设计了具备较高离子导电率的Li2TiO3和Li4Ti5O12包覆层,发现这两种包覆层和LCO是比较稳定的,不会因调控包覆烧结温度而生成多相包覆层。和金属氧化物这类电子导体相比,快离子导体包覆层能更好地匹配硫化物固态电解质。组装成Li Co O2|Li Si PSCl|Li-In全固态电池以评估其电化学性能和不同包覆层对正极/硫化物界面的影响。结果表明表面Li2TiO3和Li4Ti5O12包覆均有效提升LCO在固态体系中的电化学性能,大幅度降低界面阻抗。拉曼光谱测试结果也证明循环后正极/硫化物电解质界面没有产生副反应产物。同时,发现TiO2和Al2O3包覆层对LCO的电化学性能产生了负面的影响,说明Li+的有效传输是影响固态电池性能的关键因素之一,包覆层的离子电导率是十分重要的。上述结果为设计适用于硫化物全固态电池的正极材料包覆层和提供了新的策略。
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