镧铝掺杂锂离子电池中锂钴氧化物容量极限的探讨

在商业化的锂离子电池正极材料中，LiCoO₂是便携式设备中最成功的，在大多数智能手机中应用。然而，商业LiCoO₂的电池一般只利用其理论容量的一半以上，这种大的不可逆容量主要归因于LiCoO₂在Li⁺嵌入/脱出过程中经历的一系列相变的存在，这些相变伴随着Li⁺扩散率的降低和机械应力的增加，导致深度充电的Li_xCoO₂产生显著的容量衰减。 因此，在商业LiCoO₂基电池的早期开发阶段，充电电压限制在4.2 V。为了提高LiCoO₂的容量，我们需要提高其工作截止电压，但是维持LiCoO₂在高压下的结构完整性和稳定的电化学性能，成为一个难题。

近日，美国阿贡国家实验室Xin Su教授和Yang Ren教授联合华为研究院Yangxing Li报道了一种镧和铝共掺杂的方法，使LiCoO₂的性能获得重大的突破。较大直径的La阳离子作为支柱并且有效地增加c轴间距，导致Li⁺扩散率的显着增加。较小直径的Al离子充当带正电荷的中心，在循环期间抑制相变的发生。与原始的LiCoO₂相比，共掺杂的LiCoO₂可以在截止电压高达4.5 V（相对于Li/Li⁺）的情况下工作，将容量保持率从84％提高到96％，倍率为1/3C时具有190 mAh/g的容量。相关研究成果以“Approaching the capacity limit of lithium cobalt oxide in lithium ion batteries via lanthanum and aluminium doping”为题发表在Nature Energy上。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41560-018-0180-6  

（李际洋）