《浸入式表面修飾富鋰層狀正極材料的製備與電化學性能》是依託吉林大學，由魏英進擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：浸入式表面修飾富鋰層狀正極材料的製備與電化學性能
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：魏英進
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
富鋰層狀材料是具有重要套用前景的高比容量鋰離子電池正極材料，其高比容量特性源於首次充電過程中特殊的氧氣釋放機制。然而，由於氧氣釋放導致材料的表面結構發生變化，並且與電解液發生複雜的表面/界面反應，嚴重影響了材料的電化學性能。本項目擬採用浸入式表面修飾解決上述問題，通過修飾層與主體材料之間的結構耦合，實現在原子尺度上對材料表面結構的調控，使其更有利於鋰離子的可逆插入與脫出，同時有效抑制材料與電解液之間的表面/界面反應，提高材料的電化學性能。研究主要包括以下幾個方面：（1）浸入式表面修飾富鋰層狀正極材料的製備；（2）浸入式表面修飾富鋰層狀材料的成份與結構表征；（3）表面修飾對富鋰層狀材料電化學反應機理的影響；（4）浸入式表面修飾富鋰層狀材料的電化學性能等。通過研究，獲得具有高放電容量、並且倍率性能和循環性能優良的富鋰層狀正極材料，為實現套用奠定基礎。
結題摘要
富鋰層狀材料是具有重要套用前景的高比容量鋰離子電池正極材料，其高比容量特性源於首次充電過程中特殊的晶格氧釋放。然而，由於晶格氧釋放導致材料的表面結構發生變化，並且與電解液發生複雜的表面/界面反應，嚴重影響了材料的電化學性能。本項目採用浸入式表面修飾解決上述問題，通過修飾層與主體材料之間的結構耦合，實現在原子尺度上對材料表面結構的調控，使其更有利於鋰離子的可逆插入與脫出，同時有效抑制材料與電解液之間的表面/界面反應，提高材料的電化學性能。針對上述思路，我們分別採用鋰離子導體Li3PO4、硼氧化物Li2O-LiBO2-Li3BO3和新型包覆物質BiOF對富鋰層狀材料進行表面修飾，同時在材料表面構築了層狀-類尖晶石異質結構。一方面，表面包覆層可以為鋰離子在表界面的傳輸提供順暢的通道、隔絕活性材料和電解液的直接接觸；另一方面，表面尖晶石結構可以起到類似“晶核”的作用，調控材料在充放電循環中的結構相變，使材料的結構相變沿著更穩定的方向發生，從而提高了材料的結構穩定性，一定程度上解決了這類材料電壓降低、比能量衰減等問題。在獲得性能優良的富鋰層狀材料的基礎上，為了進一步推動該材料的實際套用，我們還開展了適配電解液的相關研究，採用LiDFOB新型鋰鹽和BN摻雜的PVDF-HFP基凝膠態聚合物電解質替代目前LiPF6基商用電解液，前者極大地改善了材料在高溫下的循環穩定性能，在材料表面形成了穩定的SEI膜；而後者則構建了安全性極高的高比能型金屬鋰電池，奠定了基於富鋰層狀材料的金屬鋰電池體系的理論和技術基礎。此外，我們還採用具有鋰源補充劑和電極穩定劑雙重作用的Li3N作為富鋰層狀材料的電極添加劑。發現2 wt% Li3N即可使富鋰/石墨全電池的首次放電容量提高10%，電池的循環穩定性也顯著提高。通過本項目的研究，我們獲得了具有高放電容量、高倍率性能和循環性能優良的富鋰層狀正極材料，為實現其實際套用奠定了科學基礎。
