《竹炭模板法合成高度有序LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2微米線組》是依託北京理工大學，由包麗穎擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：竹炭模板法合成高度有序LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2微米線組
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：包麗穎
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
三元正極材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2具有比容量高、嵌脫鋰電位高和振實密度高等三高特性，是高能量密度型鋰離子動力電池的首選材料之一。本項目擬利用竹炭天然形成的直通型微孔陣列作模板，套用溶膠-凝膠工藝，結合提高Li/M化學計量比、離子摻雜和氧化物表面包覆等實驗手段，製備具有優異電化學性能的高度有序富鋰型LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2微米線組，以期有效解決三元正極材料存在的陽離子混排度偏高，大電流下容量衰減過快和過渡金屬易溶出等關鍵性問題。並對竹炭孔道限域反應在改善產物晶體結構、抑制產物陽離子混排中的主要作用機制，提高Li/M 計量比和離子摻雜在抑制材料晶格參數變化及降低電荷傳遞阻抗中的相關機理，及金屬氧化物包覆在改善材料與電解液間界面性質中的作用機理進行深入研究分析，為製備高性能的一維超細結構LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料奠定技術基礎。
結題摘要
以LiNil/3Col/3Mnl/3O2為代表的層狀Li-Ni-Co-Mn-O系列材料（簡稱三元材料）較好地兼備了鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰的優點，具有比容量高（160-220mAh/g）、嵌脫鋰電位高（2.8-4.5V）和振實密度高這樣的“三高”特性，同時又具有較好的安全、穩定性能，所以逐漸受到人們重視，被認為是高能量密度型鋰離子動力電池的首選正極材料之一。本項目針對LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料存在的 “陽離子混排”致鋰離子嵌脫困難，大電流條件下容量衰減較嚴重以及過渡金屬離子易溶出等問題，重點通過材料形貌和尺度設計，進一步最佳化其結晶度、比表面積、相純度及陽離子混合度，在有效改善材料電化學性能的基礎上，提升其實際套用性能。主要開展了5方面的研究工作：一是採用水熱工藝合成出了堆積密度較高的均一球形LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2材料，電化學測試表明材料比容量高，倍率性能較佳；二是採用水熱合成工藝代替竹炭模板法成功製備出了容量和倍率性能優良的一維線狀LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2材料；三是開展了水熱法製備富鋰相一維Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料的研究，探討了不同煅燒溫度對富鋰相一維線性三元材料（Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2）形貌、結構和電化學性能的影響，發現750℃煅燒條件所得的材料的電化學性能最好，0.1C下放電首次放電比容量達到269.8 mAh/g，1C下放電比容量接近200 mAh/g，循環30次後容量保持率為91%；四是開展了Y摻雜富鋰層狀材料的合成及其電化學性能研究；五是開展了欠鋰型氧化物MoO3對富鋰相三元層狀材料的表面修飾改性研究。項目實施三年來，申請或授權發明2項，在Advanced Materials，Nano Letters等期刊發表SCI論文12篇，培養碩士研究生4人，博士研究生2人，並順利完成了各項研究內容和指標。
