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钴酸锂仍是小型锂电池的佳选择。目前在3C电子电池中,大多数仍使用钴酸锂而并非比容量更高的三元材料,原因是钴酸锂材料的压实密度大于三元材料,即单位体积内能容纳的钴酸锂量更多。在更为重视体积密度的小型电池中,钴酸锂占有着一席之地。
钴酸锂理论容量高,但实际容量却只有理论的一半。原因是在充电过程中锂离子要从钴酸锂材料中脱出,但脱出量小于50%时,材料的形态和晶型可以保持稳定。
随着锂离子脱出量增大至50%时,钴酸锂材料将发生相变,如果此时继续充电,钴将溶解在电解液中并产生氧气,严重影响电池循环稳定性和安全性能,因此一般的钴酸锂充电截止电压为4.2V。
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锂电池是一种将电化学能与电能互相转换的电化学储能器件,通过锂离子与电子在电极材料中的注入与脱出实现能量的传递与互换。
伴随着锂离子与电子的传递,电池内部材料本征的物理化学参数如吉布斯自由能、费米面等会随之改变,反而在宏观电池参数上就是电池电压的变化以及电池容量的变化。
在钴酸锂电极材料的探索中,高电压钴酸锂的探索一直是萦绕在研究人员心中。
在早期的钴酸锂探索中,当电压4.25V时,电池的循环性能出现了快速的衰减,此时钴酸锂材料六方晶相开始向单斜相转变。
相关研究表明单斜相变与电池性能衰减之间的关系如下:相变过程中材料体积变化导致材料性能变化;相变不可逆造成容量衰减与结构破坏;表面副反应进一步加剧;过渡金属溶解加速Li源消耗;氧参与电荷转移进一步氧化电解液。随着对材料改性技术的运用,相关高电压钴酸锂材料取得了长足的进步
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