霍克锂电池用正极材料钴酸锂改性研究进展

摘要：2021年10月，中共中央、国务院发布《关于完好准确全面遵循新发展理念做好碳达峰碳中和工作的定见》，文件中为“碳达峰”“碳中和”这项严重工作进行体系谋划、总体布置。锂电池因为具有能量密度大、自放电率低、循环寿数长等优点,在新能源轿车范畴得到了广泛运用。但受运用环境、电池资料和出产工艺等不够完善等要素影响,电池组会呈现能量功率降低、寿数缩短、电动轿车的续驶路程减小等问题,乃至导致焚烧、爆破事端的产生,存在安全隐患。跟着锂电池技术的快速发展，锂电市场对锂电池出产设备的功能要求在不断进步。锂电池的出产制造是一个复杂而准确的进程，它涉及到将锂电池配件输送到一系列加工站。基于此，本篇文章对锂电池用正极资料钴酸锂改性研讨进展进行研讨，以供参阅。

关键词：锂电池用；正极资料；钴酸锂；改性研讨进展

引言

锂电池具有高转换功率、高循环寿数以及高能量密度等特点，具有独特的优势，在日常生活、工业、航天等范畴运用广泛。钴酸锂(LCO)资料因为其高比容量、杰出的安稳性和较高的压实密度等优点被广泛运用于智能手机、笔记本电脑等移动通信设备。跟着消费电子产品对锂离子电池容量的要求进步,需求进一步进步钴酸锂资料的充电电压。然而,钴酸锂晶体在高电压下会呈现不可逆相变而导致层状结构的崩塌。为了克服这些挑战,科研团队成功合成了元素(铝、镁、钛、锆、镧等)掺杂钴酸锂资料,经过掺杂元素可以按捺结构的各向异性变化或进步锂离子在层状结构中迁移速率等,从而进步钴酸锂电池的安稳性和容量。基于此，本文探究锂电池用正极资料钴酸锂改性研讨进展。

1相关概述

1.1锂电池包及框体概述

锂电池包主要由承载框体（下框体、上框体）、锂电池、高压衔接组件（如高压接插件）、低压衔接组件（如低压接插件）等组成。锂电池框体不只作为各零部件承载体，也充当着衔接整车的“桥梁”，锂电池经过锂电池框体装置结构装配在整车上。为了便于装置、保护，承载框体一般分为上框体和下框体。下框体主要承载器材，承当电池体系更多的分量；上框体则一般主要起防护效果，承重要求较小。

1.2动力锂电池正极资料的剥离

抛弃的锂电池首先要经过放电处理，否则容易引起安全事端。一般情况下采用盐水浸泡进行放电，在浸泡之后先进行干燥，然后将电池的各组分拆分出来，再进行正极资料的剥离。

1.2.1热解法

热解法是在惰性气氛下经过加热使粘结剂分解，而且保证Fe2+不会氧化成Fe3+。试验出了热解法的最佳温度和时间，在550℃下坚持150min可以达到杰出的别离效果。这种办法会让粘结剂中的氟元素转化为有毒气体，因而需求有碱性溶液吸收尾气。

1.2.2超声清洗法

超声清洗法是在溶液中，运用超声波的轰动，对粘结剂的粘结力进行损坏，使正极资料与集流体别离。在75℃的NMP溶液中运用240W的超声功率超声90min，正极资料的剥离功率达到了99%，且别离出的正极资料团聚度较低。但是运用溶剂已经对正极集流体造成了必定的腐蚀，再运用超声波会加剧腐蚀程度，而且运用超声波耗能较大。因而这种办法并不能在工业上大规模运用。

2锂电池事端原因分析

依据最近2018—2021年锂电池职业发展陈述，以及网络报道出来的锂电池事端数据等信息，总结锂电池事端的诱发要素，从安全办理的人、物、管、环对这些要素进行分类概括。统计数据显示，锂电池事端主要分成自燃、爆破和电解液走漏3类。（1）锂电池自燃。自燃事端是最常见的锂电池事端，因为人为操作不妥、电池规划缺陷、质量不达标及工作环境湿润等影响，锂电池内部正负极产生短路现象后引发自燃，从而点着周围可燃物引发火灾事端。最近几年的统计信息中，锂电池自燃事端高居一切事端的首位（2）锂电池爆破。锂电池爆破事端常见于锂电池加工、制造、运送和充放电等环节当中，呈现爆破事端的主要原因是电池内部空间狭小，一旦遇到电池短路现象，内部温度将会快速升高，电池内部液体受热后体积快速胀大，内部压力增大到必定程度后引起爆破。特别是在充电进程中锂电池最容易产生爆破事端，例如特斯拉ModelS自2012年上市以来，全球范围内引发了不下50起焚烧或爆破事端，其中大多数焚烧或爆破事端都与电池有关系。（3）电解液走漏。锂电池外壳不坚固，在挤压、碰撞、内部碰撞及内部腐蚀等要素影响下外壳决裂，导致腐蚀性电解液走漏出来，引发人身伤害或者环境污染事件，电解液走漏事端多发于废旧锂电池回收再循环运用环节。

3锂电池用正极资料钴酸锂改性研讨进展

3.1外表包覆

最早运用三氧化二铝资料尝试以外，研讨人员以为二价金属元素可以经过扩散的办法进入晶格，安稳晶体结构，理论上运用二价金属元素包覆会比三价元素的包覆改性效果更好，对此也进行了大量的研讨。研讨发现，运用二氧化钛包覆后，能明显进步钴酸锂在高工作电压下的安稳性。经过射频磁控将二氧化钛溅射包覆在钴酸锂外表，试验结果发现，二氧化钛在钴酸锂外表形成了接连的网状结构，从而按捺了钴酸锂在充放电进程中的Co原子的脱落。电化学测验发现，溅射包覆5min的钴酸锂电极在3~4.5V、1C下循环100次后,放电比容量为154mAh/g,坚持率达到84%，显著进步了钴酸锂电极的电池功能。运用氧化锆进行包覆改性，试验发现氧化锆包覆改性后的钴酸锂资料安稳性进步，按捺了Co原子在电解质中的脱落，在钴酸锂锂电池的常用电压区间内测验后，发现包覆改性后的钴酸锂的电化学功能进步明显。

3.2掺杂改性

体相掺杂经过在资料中引进其他元素安稳内部结构，按捺不可逆相变，进步资料的循环寿数功能。它与外表包覆改性相比，体相掺杂引进的元素不会损坏原本层状结构中的电子传输网络，引进的新元素可以调控钴酸锂的结构或者电子结构，从根本上改进钴酸锂的电化学功能。目前大部分的掺杂改性，所引进的新元素含量都适当低，这种办法避免了钴酸锂层状结构被损坏。提出La-Al的双元素掺杂，在两种元素协同效果下，能按捺钴酸锂在高电压下的晶相结构改变，优化资料的电子结构，进步充放电进程中的锂离子脱嵌速率。经过运用Ti、Mg、Al共掺杂的办法进步钴酸锂的电化学功能和高电压下的结构安稳性，研讨发现铝元素可以进步结构安稳性，镁元素可以进步资料的电子电导，钛元素能进步钴酸锂的能量密度，3种元素的效果机理不同，进步的功能也不同，作者的研讨结果为规划高电压、高容量的正极钴酸锂资料供给了理论指导和试验数据支撑。

结束语

总而言之，锂离子电池的本身安全系数已成为限制锂离子电池运用的一项重要目标,电池出厂前需求进行全方面的安全功能检测。现阶段锂离子电池的改性进程中存在着多种不同的办法,为简化研讨流程,需求一种可以对锂电池的各个部位进行全方面研讨的办法。