隨著3C產(chǎn)品更新?lián)Q代越發(fā)頻繁，3C產(chǎn)品“輕薄化、耐用化”是一個發(fā)展趨勢，這對鋰離子電池能量密度提出更高要求。


目前主要通過提高截止電壓來提高鈷酸鋰電池的能量密度。

提高充電電壓，更多的鋰離子從晶格中脫出，會引起結構的不穩(wěn)定；

材料表層脫鋰程度變高，結構相變從材料表面擴展到顆粒內(nèi)部；

態(tài)鈷不穩(wěn)定，具有強氧化性，易與電解液反應；

鈷的溶解伴隨著氧的脫出及產(chǎn)氣的發(fā)生，這些因素都會造成循環(huán)壽命縮短，安全性降低，影響高電壓鈷酸鋰的實際應用。

為此，研究者提出許多方法進行改進，主流的方法是摻雜、包覆、電解液的優(yōu)化、功能隔膜的使用。

摻雜是通過引入其他元素，摻入材料晶格中，優(yōu)化體相結構，抑制充放電過程中相變，從而起到改善循環(huán)的作用；


包覆是在表層或淺層引入其他元素，優(yōu)化表面界面結構，抑制表面界面副反應，從而起到改善循環(huán)的作用；

電解液優(yōu)化及功能隔膜使用，提高電解液及隔膜的抗氧化能力，抑制鋰枝晶生長，提高安全性能，從而改善循環(huán)作用。


近年來，研究者們同時進行基于高壓鈷酸鋰表面摻雜、包覆、電解液優(yōu)化及功能隔膜的使用來解決問題，高壓鈷酸鋰的容量及循環(huán)得到改善，截止電壓得到逐步提高。

體相摻雜能夠穩(wěn)定材料結構，抑制不可逆相變，提高材料循環(huán)性能。

體相摻雜包含：

(1)陽離子摻雜：陽離子通常指價態(tài)不正三價的離子，主要有鋰空位、鋰離子、鎂離子、鋁離子、鋯離子等。

A.R.West等[8]將鎂離子引入到鈷酸鋰中，認為鎂離子摻雜更傾向于鈷的位置，使得鈷的價態(tài)提高，產(chǎn)生一種導入型P型半導體摻雜，同時產(chǎn)生部分鋰空位，能夠在一定程度上提高電子電導，其研究成果對后續(xù)鎂離子摻雜起到引導作用。


Delmas等[9]認為只有鎂摻雜達到一定的量才能形成連續(xù)通道，表現(xiàn)出金屬特性區(qū)域，才會反應出電子電導提升的現(xiàn)象。


目前，二價鎂離子是工業(yè)生產(chǎn)成功摻雜元素之一。


三價元素摻雜，主要分為無化學活性的硼、鋁、銥，有化學活性的錳、鎳、鉻等元素。


G.Cede r等[10]通過理論計算預測及實驗證明鋁離子能夠有效提高鈷酸鋰在高壓下的循環(huán)性能及降低成本

由于3C及其他領域?qū)﹄姵氐哪芰棵芏纫笤絹碓礁?，快速充電越發(fā)流行，鈷酸鋰必然朝著更高電壓、更大倍率方向發(fā)展。高壓鈷酸鋰的難點主要集中在以下幾個方面：


(1)體相結構的控制：在高電壓下，層狀結構鈷酸鋰由于過度脫鋰，結構發(fā)生劇烈變化，伴隨著相變及應力的產(chǎn)生，過度的應力會使顆粒開裂，破壞體相結構，使得循環(huán)性能變差?？梢酝ㄟ^微量元素共摻雜來抵消應力，以達到抑制材料開裂的目的；


(2)表面界面結構的控制：主要通過引入新的表面包覆優(yōu)化表面結構，抑制過渡金屬溶解，抑制表面重構，從而達到提的目的；



(3)抑制表層氧的活性：氧的溢出伴隨著過渡金屬溶解及產(chǎn)氣的發(fā)生。通過表層處理及高壓電解液的配套使用，降低材料表面氣體溢出，從而達到提高高溫穩(wěn)定性及循環(huán)性能的目的