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钴酸锂正极材料在锂离子电池中的应用研究进展随着电动汽车和可再生能源领域的快速发展，锂离子电池作为重要的能量存储设备，扮演着极其重要的角色。
作为锂离子电池的核心部件之一，正极材料具有决定电池性能的关键作用。
在正极材料中，钴酸锂作为一种重要的材料，一直以来都受到了广泛的关注和研究。
本文将综述钴酸锂正极材料在锂离子电池中的应用研究进展。
1. 钴酸锂正极材料简介钴酸锂（LiCoO2）是一种典型的层状结构正极材料，具有很高的比能量、较高的电压平台和良好的循环稳定性。
这些特性使得钴酸锂成为锂离子电池中最常用的正极材料之一。
然而，钴酸锂也存在一些问题，如价格昂贵、可用资源有限和热稳定性较差等。
因此，研究人员一直在努力改进钴酸锂材料，以提高其性能和应用范围。
2. 钴酸锂正极材料的改进为了克服钴酸锂正极材料存在的问题，研究人员进行了大量的改进措施。
其中之一是通过合成纳米结构来改善材料的性能。
纳米结构的钴酸锂材料具有较大的比表面积和短离子扩散路径，从而提高了锂离子的嵌入/脱嵌速率。
此外，还开展了钴酸锂与其他正极材料的复合研究，以提高材料的综合性能。
例如，钴酸锂与锰酸锂、铁酸锂等材料的复合，不仅扩展了材料的电压平台，还提高了比容量和循环寿命。
3. 钴酸锂正极材料在锂离子电池中的应用随着技术的发展，钴酸锂正极材料在锂离子电池中的应用也在不断拓展。
目前，钴酸锂正极材料主要应用于移动电源、电动汽车和储能系统等领域。
在移动电源中，钴酸锂材料具有高能量密度和容量较大的优势，能够满足人们对电池寿命和续航能力的要求。
而在电动汽车领域，钴酸锂材料能够提供高的功率和高的能量密度，从而实现长时间连续驾驶。
此外，由于钴酸锂材料具有较高的电压平台和良好的循环稳定性，它也逐渐用于储能系统，为可再生能源的存储和利用提供支持。
4. 钴酸锂正极材料的挑战和未来发展尽管钴酸锂材料具有许多优点，但也面临一些挑战。
首先，钴酸锂资源有限，价格昂贵，受到供需压力的制约。
高电压钴酸锂正极材料包覆改性的研究进展发布时间：2023-01-11T04:44:24.245Z 来源：《中国建设信息化》2022年8月16期作者：马斌[导读] 钴酸锂是消费类锂离子电池产品中应用较为广泛的正极材料之一。
马斌东莞锂威能源科技有限公司广东东莞 523000摘要：钴酸锂是消费类锂离子电池产品中应用较为广泛的正极材料之一。
近年来，由于消费类产品的高能量密度需求的不断提高，使得高电压钴酸锂正极材料得到飞速发展，但高电压条件下，钴酸锂材料的体相结构、界面不稳定性愈发明显，致使钴酸锂的电化学性能快速衰减。
基于此，对高电压钴酸锂包覆改性研究情况深入分析，通过金属氧化物、有机物包覆等表面修饰改性工作，系统研究钴酸锂正极表面包覆对电化学性能的影响。
关键词：高电压钴酸锂；正极材料；包覆改性；研究进展引言在高电压下，钴酸锂材料的体相结构、界面不稳定性愈发明显，致使钴酸锂的化学性能出现快速衰退情况。
在对钴酸锂电化学性能改进过程中，元素掺杂的应用较为普遍，但其相应的改性机理，尤其是在高电压下面的长程、局域结构演化会对电化学性能很大影响，所以要对高电压钴酸锂正极材料包覆改性进行深层次研究与探索，为高电压钴酸锂正极材料商品化目标的实现奠定坚实基础。
1锂离子电池的组成及工作原理锂离子电池具体是指将石墨作为负极，各种含锂的化合物作为正极的可充电二次电池。
锂离子电池的组成部分有隔膜、电解液、正负极材料，与锂离子整体性能有极为紧密地联系。
在当前锂离子电池研究阶段，研究人员会将重点放在上述四个部分上。
当然，若想保证锂离子电池的完整性，还需要非核心部分的支持，包括集流体、粘结剂等。
正极材料作为锂离子电池的关键，从结构上划分，可以分为层状结构、尖晶石结构以及橄榄石结构等。
正极材料是锂离子电池的主要锂离子供体，与负极材料相比，正极材料在价格方面颇高，储锂能力不强[1]。
锂离子电池本质上属于浓差电池，锂离子在正负极之间的往返扩散可以为电能的释放、存储提供支持。
锂离子电池三元正极材料（NCM）的材料改性研究＊刘奕辰（徐州市第一中学 江苏 221000）摘要：随着当今社会清洁能源以及电子设备领域的发展，人们对电池的性能提出了更高的要求。
本文以锂离子三元正极材料为研究对象，从合成方法改进、碳材料包覆、离子掺杂等方面综述了提升电极材料性能的方法。
关键词：锂离子电池；正极材料；碳包覆；离子掺杂中图分类号：T 文献标识码：AStudy on Material Modification of Lithium Ion Battery Ternary Anode Material (NCM)Liu Yichen(Xuzhou No.1 Middle School, Jiangsu, 221000)Abstract ：With the development of clean energy and electronic equipment in modern society, people put forward higher requirements forbattery performance. In this paper, lithium ion ternary anode materials are taken as the research object, and the methods to improve the performance of electrode materials are summarized from the aspects of improvement of synthesis method, carbon material coating, ion doping, etc.Key words ：lithium ion battery ；anode material ；carbon coating ；ion doping前言在当代，由于世界石油资源的枯竭和自然环境的污染，人们越来越需要新能源去改变现在的能源结构。
作者简介:蒋 兵(1981-),男,助理工程师,主要从事有色金属材料的检验和测试工作。
锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展蒋 兵(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)摘 要:介绍了锂离子电池正极材料钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钒的氧化物以及导电高聚合物正极材料的发展现状和研究进展。
LiCoO 2在今后正极材料发展中仍然有发展潜力,通过微掺杂和包覆都可使钴酸锂的综合性能得到提高,循环性能大大改善。
环保、高能的三元材料和磷酸铁锂为代表的新型正极材料必将成为下一代动力电池材料的首选。
关键词:锂离子电池;正极材料;磷酸铁锂;三元材料中图分类号:T G146126 文献标识码:A 文章编号:1003-5540(2011)01-0039-04自日本Sony 公司于1990年首先推出以碳为负极的锂离子二次电池产品后,因具有工作电压高、容量大、自放电小、循环性能好、使用寿命长、重量轻、体积小等突出优点,目前,其应用已渗透到包括移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。
另外,国内外也在竞相开发电动汽车、航天和储能等方面所需的大容量锂离子电池。
对锂离子电池而言,其主要构成材料包括电解液、隔膜、正负极材料等。
一般来说,在锂离子电池产品组成部分中,正极材料占据着最重要的地位,正极材料的好坏,直接决定了最终锂离子电池产品的性能指标。
本文将对锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展进行综述和探讨。
1 正极材料的选择正极材料在性质上一般应满足以下条件:(1)在要求的充放电电位范围,与电解质溶液具有相容性;(2)温和的电极过程动力学;(3)高度可逆性;(4)在全锂化状态下稳定性好。
其结构具有以下特点:(1)层状或隧道结构,以利于锂离子的脱嵌,且在锂离子脱嵌时无结构上的变化,以保证电极具有良好的可逆性能;(2)锂离子在其中的嵌入和脱出量大,电极有较高的容量,并且在锂离子脱嵌时,电极反应的自由能变化不大,以保证电池充放电电压平稳;(3)锂离子在其中应有较大的扩散系数,以使电池有良好的快速充放电性能。
三元系锂电池正极材料研究现状摘要：综述了近年来锂离子电池层状Li-Ni-Co-Mn-O正极材料的研究进展，重点介绍了正极材料LiNi l/3Co l/3Mn l/3O其合成方法电化学性能以及掺杂、包覆改性等方面的研究结果。
三元系正极材料的结果：LiMn x Co y Ni1-x-y O2具有α-2NaFeO2层状结构。
Li原子占据3a位置,Ni、Mn、Co随机占据3b位置,氧原子占据6c位置。
其过渡金属层由Ni、Mn、Co 组成,每个过渡金属原子由 6 个氧原子包围形成MO6 八面体结构,而锂离子嵌入过渡金属原子与氧形成的(MnxCo yNi1-x-y) O2层之间。
在层状锂离子电池正极材料中均有Li+与过渡金属离子发生位错的趋势,特别是以结构组成中有Ni2+存在时这种位错更为突出。
抑制或消除过渡金属离子在锂层中的位错现象是制备理想α-2NaFeO2结构层状正极材料的关键，在LiMn x Co y Ni1-x-y O2结构中, Ni2+的半径( rNi2+=0.069nm)与Li+的( rLi+=0.076nm)半径接近,因此晶体结构会发生位错,即过渡金属层中的镍原子占据锂原3a的位置,锂原子则进驻3b位置。
在Li+层中,Ni2+的浓度越大,则Li+在层状结构中脱嵌越困难,电化学性能越差。
而相对于LiNiO2及LiNi x Co1-x-y O2,LiMn x Co y Ni1-x-y O2中这种位错由于Ni 含量的降低而显著减少。
同时由于Ni2 + 的半径( rNi2 + =0. 069nm) 大于Co3+ ( rCo3+ = 0. 0545nm) 和Mn4 + ( rMn4 + =0. 053nm) ,LiMnxCo yNi1 - x - yO2 的晶格常数有所增加。
由于充分综合镍酸锂的高比容量、钴酸锂良好的循环性能和锰酸锂的高安全性及低成本等优点,利用分子水平的掺杂、包覆和表面修饰等方法来合成锰镍钴等多元素协同的复合正极材料,因其良好的研究基础及应用前景而成为近年来研究热点之一。
废旧锂离子电池钴酸锂正极材料回收研究进展摘要：随着我国不断出台相关环境保护治理政策，环保压力与日俱增。
相关研究人员愈发重视开发合适的锂离子电池处理技术和电池部件的回收利用技术，特别是针对地壳中储量较低的元素(如Co、Li等元素)。
在近些年对废旧锂离子电池回收的研究方向进行了高度概括，提出3R策略和4H原则，即再设计、再使用、再循环策略和高效、高经济收益、高环境效益、高安全性能原则。
锂离子电池的总造价很大程度取决于正极材料，因此合理、高效地回收废旧电池中的正极材料具有巨大的潜在经济价值。
关键词：锂离子电池；钴酸锂正极材料；回收引言锂离子电池具有体积小、质量轻、使用寿命长、安全性能好等特点，因此广泛用于移动电子设备、医疗设备和新能源设备。
但是，随着锂离子电池使用量的增加，锂离子电池也面临着巨大的再循环压力。
目前，废旧锂离子电池回收行业发展迅速，可以减少资源过度消耗和环境污染等问题，市场发展前景广阔，经济和社会效益也很好。
在这方面，必须加强废旧锂离子电池回收技术的研究和应用。
1废旧钴酸锂回收的主要工艺LiCoO2在锂离子电池市场中占据了非常大的比例。
因此，随着新能源产业的不断发展，LiCoO2的退役量也会随之增加。
同时，考虑到Co是一种稀有元素，具有潜在的经济价值，但处理不当会对环境有不利影响，所以提出一些有效的方法来回收和再生废弃的LiCoO2极为重要。
关于从废旧LiCoO2中再生LiCoO2正极材料的相关研究已经开展了许多。
按照回收结果分为两大类，回收“元素”和回收“材料”。
回收“元素”，即将废旧钴酸锂正极材料通过一系列回收工艺处理后得到的回收产品是含有价金属的离子化合物(如Co3O4、Co O、CoCO3等)。
回收“材料”，即废旧钴酸锂正极材料经回收工艺处理后得到的回收产品是可用于直接装配电池的再生正极材料(如LiCoO2、LiNi x Co y Mn z O2等)。
废旧钴酸锂正极材料回收的主要工艺路线有3种:①湿法冶金工艺，将废旧钴酸锂电池的正极材料进行粉碎并煅烧，然后经过碱浸、酸浸以及萃取等工艺得到有价金属化合物;②火法冶金提取金属元素工艺，主要是在高温熔融状态下通过添加碳还原剂获得有价金属合金，然后结合湿法工艺对其进行分离;③直接再生正极材料工艺，主要是通过添加一定的元素以及包覆材料对混合浆料进行焙烧，在修复废旧正极材料的晶体结构的同时对其进行改性，使得到的再生正极材料满足电池的再次装配要求。
新能源汽车电池材料的研究进展随着全球对环境保护和可持续发展的重视，新能源汽车作为一种绿色出行方式，正逐渐成为汽车行业的主流趋势。
而新能源汽车的核心部件之一——电池，其性能和成本直接影响着新能源汽车的推广和普及。
电池材料作为决定电池性能的关键因素，一直是科研人员研究的重点领域。
本文将对新能源汽车电池材料的研究进展进行详细阐述。
目前，常见的新能源汽车电池主要有锂离子电池、镍氢电池和燃料电池等。
其中，锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优点，成为新能源汽车领域应用最广泛的电池类型。
锂离子电池的正极材料主要包括钴酸锂（LiCoO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、磷酸铁锂（LiFePO₄）和三元材料（如LiNiCoMnO₂）等。
钴酸锂具有较高的比容量和良好的循环性能，但钴资源稀缺且价格昂贵，限制了其大规模应用。
锰酸锂成本较低，但比容量和循环性能相对较差。
磷酸铁锂具有安全性高、循环寿命长、成本低等优点，但能量密度相对较低。
三元材料通过合理调配镍、钴、锰的比例，能够在能量密度和成本之间取得较好的平衡，是当前锂离子电池正极材料的研究热点之一。
在负极材料方面，石墨是目前应用最广泛的锂离子电池负极材料，其具有良好的导电性和层状结构，能够实现锂离子的嵌入和脱出。
然而，石墨的理论比容量较低，难以满足高能量密度的需求。
因此，硅基材料、金属锂等新型负极材料的研究备受关注。
硅基材料具有极高的理论比容量，但在充放电过程中会发生巨大的体积膨胀，导致电极结构破坏和容量衰减。
为解决这一问题，科研人员通过纳米化、复合化等手段对硅基材料进行改性，取得了一定的进展。
金属锂具有最高的理论比容量，但存在枝晶生长和安全性等问题，目前仍处于研究阶段。
除了正负极材料，电解质也是锂离子电池的重要组成部分。
传统的液态电解质存在易泄漏、易燃易爆等安全隐患。
固态电解质具有高安全性、高离子电导率和宽电化学窗口等优点，成为未来锂离子电池电解质的发展方向。
锂离子电池正极三元材料的研究进展及应用一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，锂离子电池作为一种高效、环保的能源储存和转换方式，已经在电动汽车、移动电子设备等领域得到了广泛应用。
其中，正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响到电池的能量密度、循环寿命和安全性能。
因此，研究和开发高性能的正极材料是锂离子电池领域的重要研究方向。
本文将对锂离子电池正极三元材料的研究进展和应用进行全面的综述，旨在探讨其发展趋势和未来应用前景。
本文将简要介绍锂离子电池的基本原理和正极材料的重要性。
然后，重点分析三元材料的结构特点、性能优势以及存在的问题和挑战。
接着，综述近年来三元材料在合成方法、改性技术和应用领域的研究进展，包括纳米化、复合化、掺杂等改性手段对三元材料性能的影响。
展望三元材料在未来的发展趋势和应用前景，提出可能的研究方向和建议。
通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和启示，推动锂离子电池正极三元材料的研究和应用进一步发展。
二、三元材料的基本性质三元材料，又称为三元正极材料，是锂离子电池中的关键组成部分，对电池的能量密度、功率密度以及循环寿命等性能起着决定性的作用。
其一般化学式可表示为LiNixCoyMn1-x-yO2 (NCM) 或LiNixCoyAlzO2 (NCA)，其中x、y、z为各元素的摩尔比例，可根据需要进行调整以优化材料的性能。
高能量密度：三元材料具有较高的比容量，这使得锂离子电池在相同体积或重量下能够存储更多的能量，因此适用于高能量需求的电子设备或电动车等领域。
良好的电化学性能：三元材料具有良好的电子导电性和离子迁移率，这有助于提高电池的充放电效率和循环稳定性。
其结构稳定，能够在充放电过程中保持结构的完整性，减少电池容量的衰减。
安全性：三元材料在高温下具有较好的热稳定性，能够有效防止电池热失控的发生。
同时，其结构中的元素均为无毒或低毒元素，对环境和人体健康影响较小。
作者简介:雷圣辉(1981-),男,工程师,现从事新能源材料领域技术研究工作。
锂电池正极材料钴酸锂的改性研究进展雷圣辉,陈海清,刘 军,汤志军(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)摘 要:概述了锂电池正极材料钴酸锂的结构及改性研究,通过对目前钴酸锂价格昂贵、有毒性、克容量只有理论值的一半等缺点进行分析,叙述了采用掺杂进一步改善钴酸锂性能的方法。
关键词:锂离子电池;正极材料;钴酸锂;掺杂中图分类号:TM 912.9 文献标识码:A 文章编号:1003-5540(2009)05-0037-06 自从1990年SON Y 采用可以嵌锂的钴酸锂做正极材料以来,锂离子电池满足了“非核能能源”开发的需要,同时具有工作电压高、比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻、无记忆效应、环境污染少等特点,现成为世界各国电源材料研究开发的重点[1～3]。
锂离子电池已广泛应用于移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源,并在电动汽车技术、大型发电厂的储能电池、UPS 电源、医疗仪器电源以及宇宙空间等领域具有重要作用[4～5]。
正极材料作为决定锂离子电池性能的重要因素之一,研究和开发更高性能的正极材料是目前提高和发展锂电池的有效途径和关键所在。
目前,已商品化的锂电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等,而层状钴酸锂正极材料凭借其电压高、放电平稳、生产工艺简单等优点占据着市场的主要地位,也是目前唯一大量用于生产锂离子电池的正极材料[6～8]。
1 钴酸锂的结构及制备钴酸锂具有三种物相,即层状结构的H T -Li -CoO 2,尖晶石结构的LT -LiCoO 2和岩盐相Li -CoO 2[9]。
层状LiCoO 2中氧原子采取畸变的立方密堆积,钴层和锂层交替分布于氧层两侧,占据八面体空隙;尖晶石结构的LiCoO 2氧原子为理想立方密堆积排列,锂层中含有25%钴原子,钴层中含有25%锂原子。
岩盐相晶格中Li +和Co3+随机排列,无法清晰辨出锂层和钴层。
高电压钴酸锂电池的研究进展摘要：钴酸锂(LCO)在所有锂离子电池正极材料中具有体积比能量高，工作电压范围宽，压实密度高，理论比容量大，且LCO特殊的α-NaFe2层状结构可以实现Li+的快速迁移及稳定循环；但是，LCO材料的实际比容量(140mAh/g,Li1－xCoO2,x≈0.5,~4.2Vvs.Li/Li+)只有理论值(274mAh/g,Li1－xCoO2,x≈0.5,~4.2Vvs.Li/Li+)的60%。
研究表明，通过提高电池的充电截止电压，可以大大提高LCO正极材料的比容量以及能量密度，然而随着Li+的不断脱嵌，导致LCO从六方晶相(O3相)到单斜晶相的不可逆相变。
此外，在高电压下LCO材料界面与电解质间的副反应通常会导致LCO电池容量下降及循环性能不稳定，从而限制了高电压LCO电池的商业应用。
为了充分发挥LCO材料的应用价值，研究者进行了大量的研发工作，主要包括LCO正极材料的改性及电解质添加剂的筛选。
关键词：高电压；钴酸锂电池；研究进展引言钴酸锂(LiCoO2)因具有较高比容量、高放电平台及压实密度等优点，是目前用于3C等消费类电池的主要正极活性材料。
随着电子产品的轻量化、微型化发展，对钴酸锂体系锂离子电池的能量密度和循环性能要求逐渐提高，如何有效提升能量密度是当前亟需解决的问题。
1高电压钴酸锂电池的研究进展1.1正极材料的研究进展在锂离子电池充电到高截止电压的过程中，LCO晶体结构经历了多种相变(H1到H2，~3.9V，绝缘体-金属转变；M1，~4.1V；H3，~4.2V，有序-无序转变；M2，~4.55V；O1)，导致晶体向c和a轴各向异性膨胀和收缩。
反复经历上述过程后，LCO材料不可逆相变(例如，H2到M1，M1到H3，H3到M2)增多，导致锂离子电池的容量衰减严重。
1.2电解质的研究进展高电压下，LCO层状结构由于过度脱锂而变得不稳定，从而诱导Co4+溶解在液体电解质中；电解质在Co4+催化及高电势双重作用下被氧化分解生成大量气体。
第50卷第2期辽 宁化工Vol.49，No. 2 2021 年 2 月Liaoning Chemical Industry_____________________________February,2021局电压钴酸锂（LCO )正极材料研究现状孙宏达，周森，苏畅(东北大学冶金学院，辽宁沈阳110068)摘要：作为能源储存器件，化学电源具有较高的能量转化效率，广泛应用于日常生产和人们生活当中=随着人们环保意识的逐渐增强，越来越多的人选择购买新能源汽车，目前化学电源被广泛地应用于新能源汽车行业。
由于需要考虑电池本身的安全性以及电池容量、循环效率等诸多因素，目前对于化学电源的研究还在持续进行着。
在诸多类的二次电池中，锂离子电池具有众多优点，包括工作电压高、能量密度大、循环寿命长、环境友好等，因而被广泛应用于新能源汽车以及其他移动通讯设备的储能装置。
着重介绍高电压钴酸锂（LCO)正极材料的反应机理，并对面临的难题以及正极材料的改性研究现状进行了归纳和总结。
关键词：高电压；LCO;正极材料；改性研究中图分类号：TM911.3 文献标识码：A文章编号：1004-0935 ( 2021) 02-0197-04随着社会的进步和科技的发展，人们生活水平 得到了很大的提高，随之所需要的能源消耗也逐渐 增加。
就目前我国资源利用情况来看，传统的能源 (煤、石油、天然气等不可再生资源）正面临严峻 的考验，同时这类资源在燃烧的过程中会产生许多 的有害物质和温室气体二氧化碳，造成自然环境污 染和全球气候变暖等问题。
因此开发和探索新型可 再生资源迫在眉睫，而太阳能、风能、核能、潮汐 能等这类能源拥有可再生、来源广泛等优点，因此 深受学术界的科研人士的喜爱。
但这些能源的利用 离不开化学电源。
钴酸锂电池作为常用化学电源，被广泛应用于生产和生活中。
本文将着重介绍高电 压钴酸锂（LC0)电池正极材料的研究现状。
1LC0研究存在的问题及分析1980年牛津大学教授GOODENOUGH提出了 可逆脱嵌锂离子的过度金属氧化物LiCo02，这种 材料具有R-3M空间群锂离子与钴离子交替排列，在氧阴离子构成的骨架当中具有二维的锂离子传输 通道。
锂离子电池正极相关材料锂离子电池是一种高效、环保、高性能的电池，广泛应用于电子产品、汽车等领域。
而锂离子电池的正极材料是决定其存储电能和输出电能大小、寿命、稳定性等关键因素之一。
本文将介绍锂离子电池正极相关的材料，包括基础材料、改性材料和最新的材料研究进展。
一、基础材料1.氧化物类材料氧化物类材料是最常用的锂离子电池正极材料。
其中，钴酸锂（LiCoO2）是应用最广泛的材料之一，因其具有高容量、高电压、良好的循环寿命等特点，适用于长续航能量密集型电池，如移动电话、笔记本电脑等。
但钴酸锂存在的缺点是成本高昂，而且稀有度极高。
另外，锰酸锂、镍酸锂等也是常用的氧化物类正极材料，其价格较低，但容量和寿命均不如钴酸锂。
2.磷酸铁锂（LiFePO4）磷酸铁锂也是一种常见的锂离子电池正极材料，因其具有安全、长循环寿命和低成本等特点而备受青睐，广泛应用于新能源汽车等领域。
但其容量相对较低，而且最高充电电压限制也不如其他氧化物类材料，影响了其在高功率和能量密集型应用中的应用。
二、改性材料1.表面镀层为了改善氧化物类正极材料中的缺陷，提高电池性能，研究人员进行了一些表面镀层的研究。
针对钴酸锂材料，研究人员通过镀层提高其循环寿命和安全性。
例如，磷酸根镀层具有抑制正极材料与电解液反应、提高安全性、延长循环寿命的作用。
2.掺杂元素掺杂元素也是改善锂离子电池正极材料性能的一种有效方法。
例如，利用镍、钴、铝、镁等掺杂元素可提高氧化物类正极材料的电导率、减小材料的晶格结构畸变和提高安全性。
研究表明，掺杂氧化镍可以提高锰酸锂的容量和稳定性，掺杂铝可以提高钴酸锂的容量和减缓容量衰减。
三、最新研究进展1.铁磷酸盐类材料随着电动汽车、家庭电站等市场的快速增长，对高能量密度、长寿命和低成本的电池需求也日益增加，而铁磷酸盐类材料便成为了研究热点。
目前，铁磷酸盐类材料已取代钴酸锂和磷酸铁锂等传统材料成为最有潜力的候选材料之一。
铁磷酸盐类材料具有低成本、高安全性、高导电性和克服钴酸锂和磷酸铁锂等传统材料存在的缺点等优势。
第25卷第5期2009年10月湖南有色金属只I；扠X以 ^01^^11110115 阽21 八1537锂电池正极材料钴酸锂的改性研究进展雷圣辉，陈海清,刘军，汤志军1湖南有色金属研究院，湖南长沙々丨⑴^)摘要：概述了锂电池正极材料钴酸锂的结构及改性研究，通过对目前钴酸锂价格昂贵、有毒性、克 容量只有理论值的一半等缺点进行分析,叙述了采用掺杂进一步改善钴酸锂性能的方法。
关键词：锂离子电池；正极材料;钴酸锂；摻杂中图分类号：了姑9丨2 9 文献标识码:人文章编号：1003- 0037- 06自从1990年50^丫采用可以嵌锂的钴酸锂做正极材料以来，锂离子电池满足了“非核能能源”开发的需要,同时具有工作电压高、比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻、无记忆效应、环境污染少等特点，现成为世界各国电源材料研究开发的重点11~3】。
锂离子电池已广泛应用于移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源，并在电动汽车技术、大型发电厂的储能电池、13？5电源、医疗仪器电源以及宇宙空间等领域具有重要作用14~ 51。
正极材料作为决定锂离子电池性能的重要因素之一，研究和开发更高性能的正极材料是目前提高和发展锂电池的有效途径和关键所在。
目前，已商品化的锂电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等，而层状钴酸锂正极材料凭借其电压高、放电平稳、生产工艺简单等优点占据着市场的主要地位,也是目前唯一大量用于生产锂离子电池的正极材料16- 8】。
1钴酸裡的结构及制备钴酸裡具有三种物相，即层状结构的'- ^ 000^尖晶石结构的- 1,10)02和岩盐相[卜00021910层状1^002中氧原子采取畸变的立方密堆积，钴层和锂层交替分布于氧层两侧，占据八面体空隙;尖晶石结构的“0002氧原子为理想立方密堆积排列，锂层中含有25^钴原子，钴层中含有259^ 锂原子。
岩盐相晶格中[丨^和随机排列，无法清晰辨出锂层和钴层。
层状的0^02框架结构为锂离子的迁移提供了二位隧道。
层状钴酸锂结构如图1所示(灰色圆圈为处于36位置的，黑圈为处于33位置的[广，白色圆圈为处于60位置的02一》。
目前锂离子电池中应用最多的是层状1^：002，结构比较稳定如图1。
其理论容量为274…/^/知目前实际容量为145 01乂1/8左右。
在理想层状。
02结构中，V和各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位，以：0.2 816 001， 1.405 6 001,0/0比一般为4.899。
但是实际上由于[疒和00^与氧原子层的作用力不一样，氧原子的分布并不是理想的密堆结构，而是有所偏离，呈现三方对称性(空间群为只、!）。
电池充放电时，锂离子可以从所在的平面发生可逆脱嵌丨嵌入反应，活性材料中1^1.061作者简介:雷圣辉丨1981-广男，工程师，现从事新能源材料领域技术I訪。
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卜丨卜爲雛觀蹄【II赫證？丨11中38湖南有色金属第25卷充电时:1^002 X十 1.11-；1：0002^ ^6~放电时：1-11- 0002^ /[广^ X &十^0002(0^X《1，0〈^^:)钴酸裡的实际比容量低，且在反复充放电过程 中，活性物质结构在多次收缩和膨胀后发生改变，导 致。
0002发生松动和脱落，造成内阻增大，容量减 小。
其根本原因在于1^；002是锂离子的嵌入式化 合物，充电时如果过多的锂离子（一半以上）从[卜 0002中脱出，1^002会发生晶型改变而不再具有嵌 入和脱出锂离子的功能。
钴酸锂的制备方法比较多，高温固相合成法、低 温固相合成法1101、溶胶-凝胶法1111、水热合成 法1121、沉淀-冷冻法11'喷雾干燥法114】、微波合成 法119等。
目前,生产上最常用的方法为高温固相合 成法。
传统高温固相合成法合成―般是以卜003或0011和或00304为原料,按照摩尔 比[丨/〜为1： 1配制，在700~ 1 000 X：空气气氛下 焙烧而成。
如01.0^ 16008等人1采用复合型 反应生成1；0002前驱体，在350~ 450 I左右预处 理,然后在空气中700~ 850 X：下加热，这样得到的 产品晶体生长更加完美，从而获得具有高结晶度的 层状1^：002，其循环寿命长，实际比容量更高，可达 150 111八丨]/8。
刘人敏等人117】采用碱式碳酸钴30|胸 2.3020 与 020)3按71(1,0：1： 1充分混匀后进行加热合成1X002。
高虹等人|18】用自制的碱式碳酸钴与1^003在 高温下固相反应制得110002，实验结果表明:反应时 间和反应温度对产物结构有较大影响。
随着反应温 度的升高，产物晶型趋于完整;随着反应时间延长，产物的晶型也趋于完整;但是反应时间越长,对产物 晶粒表面微细结构的破坏程度也就越大。
唐致远等人将按0(1^ : 1： 1混合后在700~ 900 X：空气中焙烧制得 1^002。
以碳电极为负极，1^002为正极组装成聚 合物锂离子蓄电池，充放电测试结果表明与液态锂 离子蓄电池性能相近，首次充放电效率在807。
以上。
2钴酸裡的改性研究钴酸裡作为目前商业化且使用量最大的锂离子 电池正极材料，其生产工艺成熟，性能良好,具有比许多缺点:安全性能稍差，循环性能不理想,其放电 容量远未达到理论值，理论克容量为274 ^11/8，而 现市场上钴酸锂的克容量只有145 左右。
同时，由于钴资源缺乏、价格昂贵、锂离子电池正极材 料钴酸锂因成本高等因素，制约了钴酸锂在市场上 的应用及发展。
为了进一步完善钴酸锂材料的性 能,从生产工艺的改进方面做了大量的工作,取得了 良好的效果;也有大量的研究通过掺杂和包覆对钴 酸锂进行改性，使其充放电性能、循环性能等性能提 高。
目前，针对改性方面，许多研究者取得了不错的 成绩。
2 1钴酸锂的掺杂或取代许多研究者对元素周期表中的元素进行了掺杂 研究。
常见掺杂的元素有口；1、灿0、00、511、20和稀土元素等。
2 1.1金属离子掺杂锂的过量也可以称为掺杂。
由于锂的过量，为了保持电中性1.1,0002中含有氧缺陷，用高压氧处 理可以有效降低氧缺陷结构。
可逆容量与锂的量有 明显关系。
针对锂过量掺杂，已进行了许多研究，11/00^ 1~ 1. 10时，钴酸锂的电化学性能有所改善,当[心〉1. 10时，由于00的含量降低，容量降低。
过量的0并没有将还原，而是产生了新价态的 氧离子，其结合能高，周围电子密度小;而且空穴结 构均匀分布在00层和0层,提高00- 0的键合强 度1^。
镁离子的掺杂对锂的可逆嵌入容量影响不大，而且也表现出良好的循环性能。
主要原因是镁掺杂 后形成的为固熔体，而不是多相结构。
1997年 丁吐3111010等1211报道了关于电导率提高的新发现，在00^02中掺杂微量二价元素的8可以再不改变 晶体结构的前提下使材料的电导率从IX 10—5/咖提高到0丨5 5。
01，同时在充放电循环过程中材料呈 单相结构。
他们认为，掺杂的辧8占据了晶格中的位置，从而按照的平衡机理产生了离子，即空穴，因此半导体1^002的电导率在掺杂后能够大幅提高。
李畅等1221用柠檬酸配位聚 合法合成的口入丨3000^ 1-^ 02粉体，通过对几组 衍射峰的标定，确定材料保持了六方层状结构,在 800 I下材料具有良好的结晶性。
镁的掺杂既提高 了电导率，又保持了晶格的结构完整。
采用铝进行掺杂具有不少优点，铝毒性低,价格其他正极材料更优越的循环性能。
但是，仍存在着低廉，密度小;01- 1.^102与丨」〜02的结构类似，且第5期雷圣辉，等:锂电池正极材料钴酸锂的改性研究进展39入严I53~5卿)和I54 5 的离子半径基本 上相近，能在较大范围内形成固熔体0X1,0^？02；入1的掺杂可以提高电压;掺杂后可以稳定结构，提高 容量，改善循环性能。
诹叩-5此^00.1等1231采用丙 烯酸作为载体的溶胶-凝胶法制备掺杂的在600 X：热处理温度时，容量和循环 性能较好,初始可逆容量达160⑴人11/8，10次循环后 主体结构没有明显变化。
掺杂量和热处理温度都对 产品电性能有相应的影响，温度过高时，易生成内部 结构缺陷和残留有。
郝万君等1241将适量的硝 酸铝、硝酸钴和碳酸锂溶于一定量的水中，边搅拌边加入一定量的柠檬酸，反应得到溶胶，而后将溶胶在 120 X：下烘干，形成凝胶，研细后在800 X：下烧结1011后得到正极材料V02。
研究表明，7 ^ 0丨5时，材料呈单相;0^6^0^ 9时，材料呈两相0[认版共存状态;广1时，材料 又呈单相’为乂一1,^102相。
材料中值的上限即八1的最大固溶度在0.5左右。
在单相区(丨《(^巧，随 着八1的掺杂的增多，材料晶格结构参数发生变化，。
轴缩短，^轴变长，0/(1比基本呈线性增加，材料的层 状属性更加明显。
伊藤修二等通过引入过量的元素钾，使的可逆容量有所增加；有研究引入含化合物以后进行热处理，由于产物中比[广多一个正电荷，从而造成电正性，而这样容易导致02一移动，从 而提高了钴酸锂的导电性能，有利于快速充放电。
2 1.2过渡金属离子掺杂用0取代制备的[仏―々洲0 ^众.2〉为 六方形结构，随7的増加，由于的离子半径大于0^，晶体参数0和0増加。
循环伏安法表明当 7二0*05时和/二0^ 10时，七;1- “(^'、(^) 02在尤 二0^ 5时发生的相变得到抑制；对于给定的X值，7二0.05时的电压高于7^ 0.1时的电压。
增加0的含量，可减少能发生可逆脱嵌的锂量。
广0.05时和710时不理想的循环性能可能归结于层状 结构中存在轻微的阳离子无序125】。
对于四价钛元素的掺杂，首先应用于在镍酸锂 中,显著提局了容量。
根据其理论，5 00^)1114110131-等124随后通过高温固相反应对钴酸锂进行1'产掺 杂，得到组成为1^0：01一^02(0《X5〉的锂钴 氧，结果表明，当钛掺杂量低于1挪时可以得到单相 结构，其中0.01时的材料在0.20：倍率下循环首循环10次后仍能保持胃的可逆容量,而商品化1^：002在同等条件下循环的首次充放电容量只有137.^1^8和134如入匕/呂。
杨箫等|2？』研究了钛掺 杂对不同形貌钴酸锂电化学性能的影响,结果表明，少量的氧化钛(约1950掺杂在很大程度上提高了[卜 0002的电化学性能，掺杂后仍保持层状钴酸锂特征结构，X衍射图表明个特征峰均未发生明显变化，无掺杂物的杂质峰，且特征值均有所増大，及掺杂处理 后钴酸锂的晶型更为完整。
金属镍的价格相对比较便宜，而且理论上镍酸 锂的容量比钴酸锂更高,故考虑通过部分取代^0002中的仏来提高1^002的性价比，提高正极 材料的容量。
