多晶儲鋰正極材料的循環失效微觀機理

《多晶儲鋰正極材料的循環失效微觀機理》是依託中南大學，由韋偉峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多晶儲鋰正極材料的循環失效微觀機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韋偉峰
• 依託單位：中南大學

項目摘要

鋰離子電池由於其能量/功率密度高、工作電壓高、自放電小、無記憶效應等技術特性，在攜帶型電子設備、電動工具、汽車動力電源、可再生能源的靜態存儲等重大技術領域有著廣闊的套用前景。但是，其循環壽命主要受制於多晶正極材料由於電化學衝擊效應所導致的循環失效。本項目擬就多晶正極材料微結構演化與循環失效的微納尺度力學機制這一關鍵科學問題，結合電化學性能測試、原位透射電鏡研究與納米力學測試分析，主要研究多晶儲鋰正極材料在不同的電化學循環狀態（尤其是在高倍率充放電狀態下），多相界面微結構演化及循環失效的微觀機制，篩選出材料類型-顯微組織-循環狀態的最佳化判據，為獲取長循環壽命鋰離子正極材料提供理性設計原則。

結題摘要

隨著電子設備向小型化、輕薄化、智慧型化、多功能化發展，以及面對動力電池輕型化、遠續航、長壽命的迫切需求，對鋰離子電池的能量密度和循環壽命提出了更高的技術要求。正極材料的電化學性能決定了鋰離子電池的能量密度和循環壽命。正極材料在高電壓循環時，晶體結構轉變，庫侖效率低、循環電壓／容量劇烈衰減、倍率性能低下，使其性能難以得到進一步提高。因此，設計與合成高結構穩定的鋰離子正極材料，研究其在高電壓充放電時的結構演化機制，將為高比容量長壽命型鋰離子電池的研究奠定基礎。本項目立足於高電壓正極材料，通過調控其形貌、微結構實現性能調控，並採用XRD、HRTEM、STEM、XPS等材料表征手段對在電化學循環前後的正極材料結構微觀缺陷進行了表征。首先，採用原位碳熱還原、梯度摻雜等表面結構調控技術製備了多種具有特定表面結構的高電壓富鋰層狀正極材料，實現富鋰層狀結構正極材料的放電比容量、快速充放電能力及循環穩定性得到了明顯地改善；其次，針對高比容量矽酸鹽基鋰離子正極材料的離子／電子導電性差和循環穩定性差的本徵缺陷，採用溶膠凝膠和可控水熱法，設計合成三維有序分級多孔和可控晶面暴露的Li2FeSiO4/C複合正極，實現了高比容量、優異的倍率性能及長效循環穩定性；最後，針對液態電解液的電壓視窗窄和安全性差的問題，設計合成了幾種固態複合聚合物電解質，結合上述高電壓正極材料探索了固態鋰離子電池技術的可行性。