电动汽车的长续航和快速充电需要高性能的锂离子电池来实现,而正极材料是其中最重要的组件之一。但正极在循环过程中易破裂,与电解质之间存在持续的副反应,严重损害了电池的循环寿命和倍率性能。表面包覆能够减小应力,增加液体电解质的润湿性并降低界面电荷转移阻力,减少副反应,从而有效优化正极材料。然而,表面包覆物的物理化学性质对电化学性能的影响以及在循环过程中的演变规律仍然需要进一步理解。另外,最佳的表面包覆材料和包覆方法仍然没有得到系统的归纳和总结。
一、正极表面包覆的要求表面包覆的要求包括:
1、薄而均匀;
2、具有离子和电子导电性;
3、机械性能高,并在充/放电循环后保持稳定;
4、包覆过程简便且可扩展。
图1、(a)正极材料表面包覆的要求和挑战,(b)作用和功能。
二、表面包覆的作用正极材料表面包覆作用:
1)物理屏障,抑制副反应;
2)清除HF,防止电解质的化学侵蚀,减轻过渡金属溶解;
3)提升电子和离子导电;
4)表面化学改性,促进界面离子电荷转移;5)稳定结构,减轻相变应力。
三、包覆结构/形态
图2、表面包覆形态
1、均匀且薄的包覆包覆层应均匀且薄。正极颗粒的完全覆盖将保护正极免受电解质侵袭,抑制副反应。此外,薄包覆层能提高界面处的动力学,改善电池性能。 2、厚包覆厚包覆在正极和电解质之间提供了良好的物理屏障。然而,包覆较厚会阻碍锂在脱嵌过程中的扩散,可能在高温运行中有良好的效果。 3、岛状/粗糙包覆层使用干涂和湿涂工艺很难在整个材料上获得均匀且薄的包覆。这些过程形成的包覆层是粗糙且不均匀的。
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