Al包覆对提高钴酸锂使用电压的研究.pdf

Al 包覆对提高钴酸锂使用电压的研究 周大桥、孟凡玉、吕超、陈菁菁 天津巴莫科技股份有限公司，天津 300384 摘要 研究了Al 包覆对锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO )物理化学参数及在高电压(3.0V～4.5V)下电性 2 能的影响。通过物相分析、观察形貌、粒度分布测试、振实密度测试 、电化学阻抗测试、电性能测试等方 法对Al 包覆量及包覆前后的性能进行了研究，结果表明包覆后钴酸锂物理化学参数变化不大，物相为纯相， 比容量大于180mAh/g,掺杂后循环性能显著改善，100次循环后容量仍保持在78％以上。测试表明，Al 包覆 是提高LiCoO 高电压下循环性能的有效途经。 2 关键词：锂离子电池、钴酸锂、Al 包覆、电化学性能 锂离子电池正极材料钴酸锂 （LiCoO ）是目前锂离子蓄电池商业化最主要的正极材料。在锂离子电 2 池的研究中，提高锂离子电池的容量是一个重要的研究方面。相对于目前碳负极350mAh/g 以上的比容 量，LiCoO 的比容量是较低的。如何提高LiCoO 材料的比容量就成了重要的研究内容。提高锂离子电池 2 2 的放电电压可以有效的提高LiCoO 的比容量，但在高电压下深度放电循环时，LiCoO 的容量衰减很大。 2 2 当LiCoO 材料中锂离子的脱出量大于0.5个单元时，它在有机溶剂中就不稳定，会发生失去氧的反应， 2 并在附近发生相变。发生相变后的结构不稳定，容易发生衰减，并伴随钴的损失 [1、2、3] 。 研究发现，对材料进行表面修饰可以较好的抑制高电压下LiCoO 材料与电解液之间的不良反应，提 2 高循环性能 [4、5、6] 。 本文作者希望通过在LiCoO 材料表面进行Al 包覆来改善材料的性能，并对材料包覆前后进行了对 2 比测试。 1．实验 1．1样品制备 将四氧化三钴 （纯度≥99％，试剂级）和碳酸锂 （纯度≥99％，美国FMC 公司）按Li/Co=1.05 的 比例进行混合，混合后的原料用马弗炉在空气气氛下焙烧，900℃保温10小时。随炉冷却后的原料粉碎 后得到纯钴酸锂样品。在室温中将异丙醇铝溶解在异丙醇中，然后将异丙醇铝溶液倒入开口的搅拌釜内， 并按比例加入上一步过程中制备的LiCoO 制备成料浆 （异丙醇的质量为钴酸锂质量的5 倍）。上述料浆 2 在40℃的条件下进行恒温搅拌，搅拌时间为18小时，使异丙醇铝和空气中的水分充分接触并水解。然 后升温至90℃恒温搅拌，直至物料变为粘稠浆料。将浆料在120℃下烘干，烘干的物料过200 目筛后在 600℃下进行二次焙烧，时间为6 小时。二次焙烧后的物料过200 目筛得到所需Al 包覆样品。 1 1．2材料的表征 采用日本D/Max-2500 型18kW 转靶X 射线衍射仪分析物相、使用Mastersize－2000 激光粒度仪 测试中位径、采用WD-2 型扫描电子显微镜观察形貌、采用ZS-201 型振实密度仪测量振实密度、采 用ST08 型比表面积测定仪测定比表面积、采用高频阻抗仪测量交流阻抗、采用蓝电程控充放电 测试仪(武汉)测量电化学性能。 1．3 电化学测试 扣式电池正极片是将自制LiCoO 、导电炭黑和粘合剂聚偏氟乙烯(PVDF) 按90 5 5 的