《磷酸鐵鋰正極材料中Li+傳輸機理及材料改性研究》是依託昆明理工大學，由姚耀春擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磷酸鐵鋰正極材料中Li+傳輸機理及材料改性研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：姚耀春
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對當前鋰離子電池LiFePO4正極材料所固有的鋰離子擴散率慢和電子電導率低兩大問題，本項目擬從理論和技術兩個層面，研究和揭示LiFePO4正極材料中Li+的傳輸途徑和機理，並通過材料改性以實現磷酸鐵鋰正極材料的高倍率充放電。理論方面，將基於第一性原理和分子動力學，通過對LiFePO4晶體結構和電子結構的理論計算，獲得Li+傳輸最低能量通道及相應的理論摻雜狀態，建立Li+傳輸模型，探索Li+傳輸機理及影響因素。技術方面，將通過表面包覆、體相摻雜以及納米多孔化等手段，製備出電化學性能優異的納米多孔LiFePO4正極材料，實現其高速充放電性能，並分析顆粒孔徑及其分布對材料電化學性能的影響。本項目的研究將對提高LiFePO4正極材料的離子擴散速率和電導率，實現大電流充放電能力，促進鋰離子動力電池及新能源汽車產業化進程，降低環境污染都具有重要的理論意義和套用價值。
結題摘要
能源材料是能源開發的基礎，但也是能源利用中的瓶頸，所以解決能源問題的關鍵是能源材料的突破。隨著新能源和新能源汽車的快速發展，磷酸鐵鋰正極材料因其優異的安全和環境友好等性能得到快速發展，但其在商用化過程中也存在兩大瓶頸問題：鋰離子擴散率慢和電子電導率低。因此本項目從理論和技術兩個層面，研究和揭示LiFePO4正極材料中Li+的傳輸途徑和機理，並通過材料改性以實現磷酸鐵鋰正極材料的高倍率充放電。 在LiFePO4晶體結構和電子結構第一性原理理論計算的基礎上，通過對LiFePO4晶體結構和電子結構的理論計算，獲得了各種摻雜狀態下LiFePO4晶粒多晶面能量變化情況及晶粒內最低能量通道，建立了摻雜狀態下LiFePO4材料中Li+傳輸模型，掌握了LiFePO4材料Li+傳輸機理及調控因素。採用表面活性劑為模板劑，通過自組裝模板法的方式，製備出了多孔納米級LiFePO4正極材料，縮短了Li+離子擴散和電子傳導距離，並進一步深入研究了模板法製備納米多孔材料的形成機理；研究了納米LiFePO4材料粒徑大小和孔徑分布對材料性能的影響。通過不同製備方法和工藝的最佳化、顆粒納米化、離子體相摻雜及表面包覆等改性手段的研究，改善了LiFePO4正極材料離子擴散速率慢、電導率低和一致性不好等問題，提出了磷酸鐵鋰正極材料新的製備方法，製備出了比容量在160mAh/以上，倍率、循環和其它電化學性能優異，且一致性好的磷酸鐵鋰正極材料。 本項目的研究將對提高LiFePO4正極材料的離子擴散速率和電導率，實現大電流充放電能力，促進鋰離子動力電池及新能源汽車產業化進程，降低環境污染都具有重要的理論意義和套用價值。
