钴酸锂包覆氧化铝和包覆磷酸铝性能对比分析[精选].doc

锂离子电池正极材料钴酸锂分别用Al2O3和AlPO4包覆对比 摘要： ALPO4包覆的钴酸锂与Al2O3包覆的钴酸锂正极材料电化学性能和热学性质的比较。虽然，在4.6V下循环，AL2O3包覆的正极材料循环稳定性和AlPO4包覆的循环稳定性几乎一样，但是电压增加到4.8V时，Al2O3包覆的材料容量急速衰减，较AlPO4包覆的材料容量多衰减20%。在4.8V下，AL2O3包覆材料不可逆容量（34mAH/g）也比ALPO4包覆材料（24mAh/g）大。这可能是在高的电压下，更多的Co溶解在电解液中。差示扫描热量仪的测试结果显示，AL2O3包覆的正极材料的所以热量释放和未包覆的材料一样，但是正极材料中释放氧气的起始温度增长到190℃（从未包覆材料的170℃）。另外，AlPO4包覆的钴酸锂显示出了一个更加高的释放氧气温度230℃，比起AL2O3包覆的材料热量释放的温度大幅度降低。这个结果和12V过充实验有关：与AL2O3包覆和未包覆的钴酸锂正极材料相比，包覆AlPO4的钴酸锂没有显示出热量流失的现象。 介绍： 评估锂电池性能的关键指标是放电容量效率，循环寿命，和热稳定性，而这些性能很大程度上都由正极材料决定。在这些性能中，电池的热稳定性逐渐上升到和电池容量一样重要。在安全指南下，12V过充实验过程中，没有防护设备的电池显示热量的损失引发了过流，过充，和温度急剧升高。很多报道的锂电池安全事故都是由于移动电子设备故障产生的。正极材料的重量部分加速了热量累计的速率，外部温度超过500℃时内部短路会造成电池爆炸。 引起这个问题的最不利因素是，在提高温度时，脱锂的正极材料和易燃的电解液的剧烈反应。它的影响可以通过DSC（差动扫描量热法）和温度与热量加速上升的关系确定。几个学者报道在电解液中加入添加剂可以阻止热量流失。然而，他们报道，比如磷酸化合物和芳香族化合物与甲基原子团，可以降低电解液的易燃性质。在充电状态，γ-丁内酯经常用作减少正极材料和电解液的直接反应，这种溶剂，被报道分解进入有机物质，而这种有机物呢则是将正极材料封起来，阻隔了和电解液的直接反应。有个结论，包含这个溶剂的锂电池，在4.35V，针刺实验中，不发生爆炸。然而，这些添加剂损害了正极和负极的电化学性能。 最近，Cho et al.用包覆AlPO4基本的方法去把正极材料的热不稳定性降低到最小。正极包覆了的锂离子电池没有显示出热量散失，因为在12V过充后最大的放热温度为60℃，相反，未包覆的正极材料放热温度超过500℃。这个研究进一步报道，在12V内部短路后立即引发热量散失。这个方法非常有用，因为这为电极材料升到12V时热性能提供了信息。用溶胶凝胶法包覆AL2O3和ZrO2来提升电化学性能这种类似的方法也被报道。然而，它的过充性能还没有报道，尽管这些文献中的材料具有很好的容量效率和循环寿命，相比未包覆的材料来说。 在这篇文献中，包覆Al2O3和AlPO4的不同电化学性能和热性能将被研究。 实验 将Co3O4（平均粒度2~3μm）和LiOHH2O按1:1.05的比例混合，用机械混合2H使其均匀分布，混合粉末在氧气气氛下分别以600和900℃热处理6和24h，其中LiXCoO2中X=1,过500目筛取样得到20μm大小的LiCoO2，用于电化学性能的测试。为了得到溶胶凝胶法在LiCoO2表面包覆Al2O3，将Al(IV)ethylhexanoisopropoxide(Al(OOC8H15)2(OC3H7)2, 5 g)溶解在异丙醇中，然后再21℃下搅拌20h。在130℃下干燥包覆有AL醇盐的LICoO2，随后在700℃下烧结5h。将硝酸铝（Al(NO3)3·9H2O, 3 g)和磷酸氢二铵（((NH4)2HPO4, 1 g)溶解在蒸馏水中，直到出现白色悬浮液（AlPO4纳米粒子）。然后将LiCoO2缓慢加入到包覆液中，混合到浆料的粘度达到100P。随后，将浆料倒入盘中，在130℃下干燥6H，然后再在炉子中以700℃的温度烧结5h。 电池的标准容量设定在1600mAh（电池的尺寸为：3.2mm*85mm*53mm 厚度*长度*宽度）。用于半电池的电解液，锂离子电池是用碳酸亚乙酯或碳酸二亚乙基或碳酸丁烯酮构成的1MLiPF6（EC/DEC/EMC）（30:30:40的体积比）。半电池开始以0.1C循环2周，然后继续增加到0.2C、0.5C各一周，最后以1C继续循环，在4.6V和4.8V的截止电压下。放电电压设置为3Ｖ。以金属锂做负极的半电池在４．６Ｖ和４．８V下做循环测试。以石墨做负极的锂电池在3V~4.5V之间做循环测试。包覆正极的倍率性能测试是用1600mAh的以石墨作负极的锂电池，在3~4.2V之间以不同的倍率在室温下完成。正极和负极的尺寸重量比对所有的电池测试都是一样的（1:1.06