【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所環(huán)境與能源納米材料中心在廢舊鈷酸鋰升級(jí)為高壓鈷酸鋰正極材料的研究中取得了新進(jìn)展，成功地將廢舊鈷酸鋰升級(jí)為4.6 V高壓鈷酸鋰，相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊 Advanced Materials 上。
 

　　鈷酸鋰憑借其出色的體積能量密度、良好的倍率性能和穩(wěn)定的循環(huán)性能，在3C(計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子)市場(chǎng)中始終占據(jù)著不可替代的地位。然而，由于市場(chǎng)份額的不斷攀升、產(chǎn)品迭代速度的空前加快以及鋰離子電池壽命的有限性，導(dǎo)致廢舊鈷酸鋰電池?cái)?shù)量逐年攀升。在金屬資源逐漸枯竭、環(huán)境保護(hù)日益嚴(yán)苛的形式下，廢舊鈷酸鋰電池的有效再生利用對(duì)實(shí)現(xiàn)鋰離子電池行業(yè)的綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)意義。
 

　　基于此，研究人員提出了一種濕化學(xué)浸漬/固相燒結(jié)以及磷化策略，成功修復(fù)了廢舊鈷酸鋰中受損的層狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了鈷酸鋰材料體相Mn摻雜、近表面P梯度摻雜以及Li3PO4/CoP復(fù)合表面改性。具有離子電導(dǎo)性的Li3PO4和電子導(dǎo)電性的CoP的復(fù)合表面涂層不僅有利于抑制電極/電解質(zhì)界面副反應(yīng)，而且有利于Li+擴(kuò)散和電子傳輸。同時(shí)，多種表征技術(shù)證實(shí)了形成的強(qiáng)P-O鍵和Mn-O鍵可以穩(wěn)定鈷酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)，有利于抑制晶格氧的逸出。上述協(xié)同效應(yīng)使得升級(jí)后的鈷酸鋰在4.6 V電壓下具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括高比容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性(初始放電容量為218.8 mAh g−1，在0.5 C下循環(huán)200圈后的容量保持率為80.9%)等，性能優(yōu)于商業(yè)鈷酸鋰正極材料。
 

　　此外，研究人員結(jié)合原位X射線衍射技術(shù)、GITT測(cè)試以及DFT密度泛函理論計(jì)算結(jié)果，詳細(xì)分析了高壓鈷酸鋰充放電過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)制。該研究中設(shè)計(jì)的多重表面改性與體相摻雜策略，為退役鈷酸鋰直接升級(jí)再造為下一代高性能正極材料提供了重要指導(dǎo)。
 

　　上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、合肥物質(zhì)院院長(zhǎng)基金等項(xiàng)目的資助。
 

圖1. 廢舊鈷酸鋰升級(jí)再造過(guò)程示意圖。
 

　　圖2. 不同材料在(a)3.0~4.5 V和(b)3.0~4.6 V電壓下的初始充放電曲線；(c)0.5 C時(shí)3.0~4.6 V的循環(huán)性能。
 

　　圖3.(a)0.1 C時(shí)的GITT曲線；(b)根據(jù)GITT曲線計(jì)算的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)；(c)R-LCO和(d)MP-LCO@LPO/CP在0.2 C電壓范圍為OCV~4.6 V~3.0 V首次充放電的原位XRD圖譜以及相應(yīng)的充放電曲線。