鈷酸鋰材料對鋰電池發展的重要性
鈷酸鋰(LiCoO2)是鋰離子(LIB)電池發展的關鍵材料,主要用於計算機、通信及消費性電子產品的電源。作為鋰金屬陰極的替代品推出,鈷酸鋰具有更高的穩定性及容量,對於現代電子產品的需求顯得至關重要。這種材料的持續開發和廣泛的應用突顯了其在工業中的重要性,這得益於其令人印象深刻的蓄電容量以及高運行潛力。
鈷酸鋰的特點是其層壯結構,其中鈷原子以三價氧化態(Co3+)夾在氧層之間,而鋰離子(Li+)佔據在鈷-氧層之間的空間。這種結構有利於鋰離子的移動,對電池的運行舉足輕重。該材料擁有274mAh/g的高理論比容量和約4.2V的高放電電壓(相對L+/Li),在電池儲能方面的應用特別具有潛力。

鈷酸鋰材料面臨的挑戰與應用
儘管具有諸多優勢,鈷酸鋰在電池運行期間,仍面臨著續航力及結構穩定性方面的挑戰。通常在充電過程中(約在4.0至4.2V時),構型熵和結構重排會出現顯著變化。這種變化往往導致實際容量降低約165mAh/g,明顯低於理論容量。為了提高使用鈷酸鋰的電池性能和壽命就需了解和減輕這些影響。
鈷酸鋰在便攜式電子產品領域佔據主導地位,這得益於其簡單的加工和無與倫比的能量密度。然而,其粒徑和分佈的細微差別對電池的整體性能具有深遠的影響,決定了離子傳輸的效率和容量衰減的速度。因此,透過掃描式電子顯微鏡(SEM)等技術對鈷酸鋰進行顯微分析,觀察材料表面拋光後晶界的結構,具有不可限量的價值,Nanos桌上型電子顯微鏡對於這種應用表現的非常出色。
透過掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察鈷酸鋰粒徑分佈



從上圖可以看出,鈷酸鋰的粒徑主要為10微米,也有2-3微米的小顆粒。主要粒徑(10微米)的存在表明粒徑分佈相對均勻,這對電池的性能是有利的。均勻的粒徑可以帶來更一致的堆積密度、電極孔隙率,從而改善電池內的離子傳輸效率。
較小的顆粒(2-3微米)穿插在較大的顆粒中,可以提高電池的容積率。較小的顆粒提供更大的表面積,這可以更快的促進鋰離子的擴散速率,對於高速充電和放電期間特別有效益,因為它可以更快的獲得鋰離子。較大的顆粒,如觀察到的10微米顆粒,通常在嵌入和脫嵌過程中承受的應力較小,與較小的顆粒相比,這可能會降低機械降解和開裂的可能性,也可能會提高電池的充放電的長期穩定性。
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本文編譯自:https://semplor.com/resources/applications/battery/lithium-cobalt-oxide-particle-analysis/