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锂电正负极材料共混改性分析

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锂电正负极材料共混改性分析


采用电池材料共混,发挥不同材料之间的协同效应是锂离子电池电极材料设计的一种有效方法。研究表明,两种或者多种材料之间的共混具有改善电极综合性能的潜力,该策略不仅可以利用材料之间的协同效应来弥补材料本身的缺点,往往还能产生溢出效应。与单独的材料相比,共混材料表现出更平衡和更优异的综合性能。

所谓共混是指两种或者多种物体的物理或者机械组合,与常见的杂化、包覆等改性方式不同,共混保留了共混材料的纯组分,且操作工艺简单,对设备要求低,成分、性能一致性高,易于工业生产。

锂电正极材料共混改性

目前,已有多种正极材料被成功开发应用,包括LiCoO

2

、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。不过它们也存在一定的缺点,很难达到理想的正极材料要求。如LiCoO

2

高压条件下结构稳定性差,价格昂贵;磷酸铁锂的氧化还原电位较低,且导电性差;锰酸锂的质量比容量低等。

高低安全性正极材料共混

层状材料因其高能量密度常用作动力电池的正极材料,但因为热稳定性差,限制了其进一步发展和应用。研究人员将层状钴酸锂和磷酸铁锂共混,提出了一种独特的共混方法来提高层状材料的安全性,如图1所示,他们演示了一种钴酸锂和磷酸铁锂的双层电极,其中磷酸铁锂层既用作活性材料又用作过充和热失控保护的电阻性阻挡层,该共混电极不仅提升耐过充电流,且能将过充时的表面温度降至80℃,从而显著提升钴酸锂的安全性。研究发现,当LiCoO

2

和LiMn

2

O

4

以质量比为3:2共混时成本大幅下降,且稳定容量高达137mAh/g,同时过充循环5圈后容量保持率达92.3%。钴酸锂与磷酸铁锂按照质量比1:1共混时,耐过充性能和热稳定性均明显提升,3C/10V条件下过充,其仅发生鼓胀,而无发烟和起火现象;且短路和过充条件下,共混材料的表面温度明显低于钴酸锂材料。

磷酸....


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