中國粉體網(wǎng)訊  隨著消費電子產(chǎn)品，特別是5G手機等對鋰電池續(xù)航時間和體積要求的不斷提高，進一步提升電池體積能量密度成為關(guān)注熱點。近日，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心清潔能源實驗室的研究人員，采用Ti、Mg、Al三種元素痕量摻雜，使鋰離子電池正級材料——鈷酸鋰在4.6V高電壓的充放電過程中，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率特性得到極大提升。 

據(jù)研究人員介紹，提高鈷酸鋰電池的充電電壓可以提高電池的體積能量密度，此前其充電截止電壓已從1991年最早商業(yè)化時的4.20V逐漸提升至4.45V，體積能量密度也已超過700Wh/L。隨著充電電壓的提高，鈷酸鋰材料會逐漸出現(xiàn)不可逆結(jié)構(gòu)相變、表界面穩(wěn)定性和安全性能下降等問題，限制了其實際應(yīng)用。研究人員通常采用多種元素痕量摻雜的手段對鈷酸鋰材料進行改性，以提升其在高電壓充放電過程中的穩(wěn)定性。 

該團隊與國內(nèi)外的相關(guān)研究機構(gòu)合作，系統(tǒng)研究了Ti、Mg、Al痕量摻雜對鈷酸鋰材料性能提升的作用機制，揭示了不同摻雜元素對材料性能改善的獨特作用。 

研究團隊探索了不同摻雜元素在材料顆粒表面及體相內(nèi)的分布規(guī)律，結(jié)果表明，在相同的材料合成條件下，Mg和Al元素更容易摻雜進入材料的晶體結(jié)構(gòu)中，而Ti元素則傾向于在鈷酸鋰顆粒表面富集。進一步研究顯示，摻雜進入鈷酸鋰晶格的Mg、Al可以抑制4.5V高電壓充放電時出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)相變，而結(jié)構(gòu)相變被普遍認為是導(dǎo)致鈷酸鋰材料在高電壓充放電下性能衰減的主要原因之一。隨后，Ti元素能夠為鈷酸鋰顆粒提供良好的界面接觸，從而提升材料的倍率性能，并有效地抑制高電壓下材料表面氧離子的氧化活性，從而減緩高電壓下材料與有機電解液的副反應(yīng)，穩(wěn)定材料的表面。 

鈷酸鋰是最早商業(yè)化的鋰離子電池正極材料。由于其具有很高的材料密度和電極壓實密度，使用鈷酸鋰正極的鋰離子電池具有最高的體積能量密度，因此鈷酸鋰是消費電子市場應(yīng)用最廣泛的正極材料。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）

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