《富鋰層狀氧化物的結構調控與電化學性能研究》是依託南開大學，由高學平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：富鋰層狀氧化物的結構調控與電化學性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高學平
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
富鋰層狀氧化物是最具潛力的高容量正極材料之一，是實現高能量密度鋰離子電池的關鍵。本申請主要進行富鋰層狀氧化物的製備與體相結構調控、晶粒尺寸與介孔微米顆粒形態的最佳化；在此基礎上，研究材料的表面修飾，並研究修飾後材料的孔隙結構、界面作用與表面狀態；重點探索微結構調控與表面修飾對電極材料的電化學行為和鋰離子擴散機制的影響。.本申請擬探明富鋰層狀氧化物的體相結構調控機制與晶粒尺寸和介孔微米顆粒形態的控制機制，探討建立基於材料表面修飾抑制不可逆鋰丟失和快速電化學激活錳的反應原理，以期實現富鋰層狀氧化物電極的高容量、高倍率和長期循環穩定性的目標。這將可為未來高容量電極材料的探索奠定堅實基礎，並有利於高能量密度二次電池體系的構築與發展，具有重要的理論意義和潛在的套用前景。
結題摘要
富鋰層狀氧化物是最具潛力的高容量正極材料之一(大於250 mAh/g)，是實現高能量密度鋰離子電池的關鍵。目前，富鋰層狀氧化物仍然存在首周庫倫效率偏低、長期循環穩定性差和熱穩定性不理想等關鍵問題，嚴重製約了富鋰層狀氧化物的實際套用進程。為解決以上關鍵問題，項目在富鋰層狀氧化物的體相結構調控、表面修飾和球形化設計方面開展了探索研究。主要研究成果如下：（1）在表面修飾研究方面，系統研究了磷酸鹽、金屬氧化物、錳基金屬有機框架化合物(MOF)對富鋰層狀氧化物的表面修飾，探明了表面修飾來提升電極容量和改善其循環穩定性的作用機制；（2）在體相結構調控方面，重點研究了具有較大半徑的聚陰離子摻雜來抑制材料在循環過程中的局部結構轉變，進而改善了電極的容量穩定性和抑制了電極的電壓快速衰減，從而實現了電極材料在長期循環過程中比能量穩定性；（3）在球形化設計方面，結合過渡金屬濃度梯度、聚陰離子摻雜與球形化策略，既抑制了高活性過渡金屬(金屬鎳)的溶解流失、改善了電極的循環穩定性，又提高了電極的體積比能量，實現了研究預期的設計思路。其中，MOF修飾的富鋰層狀氧化物電化學容量可達320 mAh/g以上(0.1C下測定)，其首周庫倫效率可達91%，磷酸根摻雜調控與球形化設計後的富鋰層狀氧化物具有2027 Wh/L的高體積能量密度，且在循環400周后電化學容量保持率大於88%，圓滿完成了項目預期的研究目標。項目研究成果發表SCI收錄論文8篇，申請中國發明專利3項。項目執行期間，培養博士後1名，博士研究生3名，碩士研究生2名。總之，項目驗證了體相結構調控、表面修飾和球形化改善富鋰層狀氧化物電化學性能的總體思路與新策略，實現了富鋰層狀氧化物電極材料的高容量、長期循環穩定性與良好熱穩定性的目的，有助於構築和發展高比能新型鋰離子電池，具有重要的理論意義和潛在的套用前景。
