Trans Tianjin Univ | Li₂TiO₃掺杂和磷酸盐包覆提高钴酸锂电化学性能（3.0-4.6 V）

PART01

文章信息

Baozhao Shi, Jiangli Feng, Jing Liu, Yanan Zhou, Jinli Zhang, Wei Li

Li₂TiO₃ Dopant and Phosphate Coating Improve the Electrochemical Performance of LiCoO2 at 3.0–4.6 V.

Trans Tianjin Univ, 2022, https://doi.org/10.1007/s12209-022-00339-6 

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https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-022-00339-6

PART02

本文亮点

（1）采用溶胶-凝胶结合固相法制备了单斜晶相Li₂TiO₃掺杂、Li₃PO₄包覆的改性LiCoO₂（LCO-Ti/P）。

（2）LCO-Ti/P在0.1 C的初始放电容量为211.6 mAh/g，在1 C下循环100圈后的容量保持率为85.7% (3.0-4.6 V，25±1 oC)。

（3）单斜晶相Li₂TiO₃与层状结构LiCoO₂的主要晶面具有极好的晶格匹配特性，提高材料的结构稳定性；单斜晶相Li₂TiO₃中锂离子具有三维扩散路径、扩散能垒低，提高了材料中锂离子扩散系数。

（4）磷酸基团包覆可抑制钴酸锂深度脱锂状态下氧气的释放。

PART03

内容简介

在锂离子电池中，正极材料对锂离子电池的性能占据主导地位，正极材料的性能直接决定了电池的能量密度和工作电压等电化学性能以及电池的成本和安全性。钴酸锂（LiCoO₂）是最早实现商业化应用的正极材料，具有较高的体积能量密度和理论容量，目前消费电子产品以及电动汽车市场对电池更小体积、更低重量的追求对钴酸锂的能量密度提出了更高的要求，提高截止电压是有效提升钴酸锂比容量的方法，然而其实际可逆容量受到高电压下（4.6 V及以上）发生的不可逆相变、氧损失、界面不利副反应等一系列问题的限制，探索有效的改性方法是提高钴酸锂材料高电压性能的研究热点。在以往的研究中，改性的正极材料表面与主体之间通常表现出晶格失配，从而形成锂离子扩散的物理屏障，增加界面上的电荷转移电阻，降低锂离子的扩散速率，从而影响正极材料的整体性能。

本文探索了Li₂TiO₃掺杂协同磷酸基团包覆改性钴酸锂的策略，利用单斜晶相Li₂TiO₃与层状结构LiCoO₂的主要晶面之间极好的晶格匹配性、单斜晶相Li₂TiO₃锂离子3维扩散、以及磷酸基团包覆对氧气释放和不利界面反应的抑制作用，显著提高了钴酸锂在高截止电压4.6 V下的电化学性能。

PART04

图文导读

图1 研究思路示意图：单斜晶相Li₂TiO₃掺杂、Li₃PO₄包覆的改性LiCoO₂具有极好的高截止电压下的电化学性能

图2 Li₂TiO₃与LiCoO₂主要晶面之间的匹配性：（a）Li₂TiO₃ (002)和LiCoO₂ (003),（b）Li₂TiO₃ (202)和LiCoO₂ (104)；（c）Li₂TiO₃与LiCoO₂主要晶面之间的结合能（结合能数值越负，晶格间匹配越完美）

图3  LiCoO₂中（a）锂离子扩散路径示意图以及对应的扩散能垒（b）；Li₂TiO₃中（c）Li-O层和（e）Ti-O层中锂离子扩散路径示意图以及对应的扩散能垒（d, f）

图4 （a）LCO和（b）LCO-Ti/P在第1、5、10、50、100圈循环后的EIS谱图以及（c）所有样品拟合得到的Rct比较；（d）样品在第1圈循环后GITT放电过程中计算得出的锂离子扩散系数

图5 LCO，LCO-Ti，LCO-P和LCO-Ti/P在3.0-4.6 V的电压范围，25±1 ℃下（a）1 C的循环性能和库仑效率，（b）倍率性能；（c）LCO和（d）LCO-Ti/P在3.0和4.6 V之间1 C室温下的充放电曲线（取1，25，50，75，100圈）

PART06

通讯作者简介

 史宝钊 

2022年毕业于天津大学，获得化学工艺专业工学硕士学位，硕士研究方向为锂离子电池正极材料研制。

李韡 

天津大学化工学院教授，科研方向：功能材料晶体结构与性能的调控。

Transactions of Tianjin University

天津大学学报（英文版)

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