改性钴酸锂助力锂金属电池能量密度突破500 Wh/kg

主要观点总结

本文介绍了澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授研究团队关于提高锂离子电池高压LiCoO2正极材料性能的研究。研究采用聚阴离子磷酸根（PO43-）改性LiCoO2，实现了优异的电池性能。聚阴离子有助于增强Li+扩散，抑制表面钴迁移和有害相变，从而提高电池的正极电化学性能和稳定性。最终，使用改性LiCoO2的袋式电池在32 g cm-2的高负载下可提供513 Wh kg-1的超高能量密度。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

现有商用LiCoO2提供的电池容量受到4.2 V的低电压充电限制，实现高电压下的高容量和优异循环性能是锂离子电池发展的关键瓶颈。

关键观点2: 研究方法

研究采用聚阴离子磷酸根（PO43-）改性LiCoO2，通过离子交换、与Li3PO4反应和高温烧结步骤制备了聚阴离子改性的LiCoO2材料（N@P）。

关键观点3: 研究结果

聚阴离子成功锚定在LiCoO2材料的表面，实现了优异的电池性能。聚阴离子作为材料表面的微通道，可以扩大表面晶格间距，增强Li+扩散。此外，聚阴离子还可以抑制表面钴迁移和有害相变，从而提高电池的正极电化学性能和稳定性。

关键观点4: 实验验证

研究通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、像差校正扫描透射电镜、中子粉末衍射等技术手段对改性后的材料进行了表征，并通过恒流间歇滴定技术和循环伏安法研究了其动力学性质。实验结果表明，N@P的放电比容量和多次循环后的容量保留率均超过未改性的Pri。

关键观点5: 研究意义

该研究为解决LiCoO2在高电压下表面氧化和有害相变开辟了一条全新途径，为设计具有高速率性能和长寿命的高性能正极提供了有价值的见解。