《鋰離子電池中正負電極間的相互作用與機理研究》是依託蘇州大學，由鄭洪河擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋰離子電池中正負電極間的相互作用與機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭洪河
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋰離子電池作為動力汽車的首選電源，正在向高能量、高功率密度、長壽命、低造價和高安全性發展。長期以來，人們對鋰離子電池的研究一直集中在關鍵材料的製備和最佳化方面，而對這些關鍵材料在電池長期電化學循環過程中的相互作用及其對電池性能的影響缺乏認識。本研究擬以動力鋰離子電池常用的正極材料和石墨類碳負極材料為研究對象，探討整體鋰離子電池在長期電化學循環過程中正負極間相互作用以及這種相互作用對電池壽命、容量和倍率性能等的影響，藉助SEM、EDX、XRD、FTIR等現代光譜學技術研究正極對負極以及負極對正極的作用情況，使用ICP方法測定不同條件下正極中的過渡金屬陽離子在負極表面的沉積量和負極對正極的鋰消耗量，剖析鋰離子電池正極與負極間相互作用的微觀機制，尋找抑制二者之間相互作用的方法，為開發長壽命鋰離子電池提供科學支撐。
結題摘要
20餘年來，人們對鋰離子電池的研究一直集中在關鍵材料的製備和最佳化上，而對這些關鍵材料在電池長期循環過程中的相互作用及其對電池性能的影響缺乏認識。本研究使用動力和儲能鋰離子電池常用的正極材料和碳負極材料，通過電池工藝最佳化包括電極片的製作、非電極活性物質種類和配比、電解液組成和電池工作條件等，製作了不同種類的整體鋰離子電池，實現了在實驗室對MCMB/LiFePO4電池和MCMB/ LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等電池上千次循環試驗。以此為基礎，探討了整體鋰離子電池在長期循環過程中正負極間相互作用以及這種相互作用對電池壽命、容量和倍率性能等的影響，藉助SEM、EDX、XRD、FTIR等現代光譜學技術研究了正極對負極以及負極對正極的作用情況，使用ICP方法測定了多種正極活性物質中的過渡金屬陽離子如Co、Mn、Ni、Fe在常用有機電解液中的溶解，研究了整體電池長期循環後，石墨負極上的過渡金屬元素的沉積情況，結合電池的阻抗變化，揭示了鋰離子電池長期循環過程中正極對負極作用的機理。通過對電池容量衰退的原因診斷，發現鋰損失是LiFePO4等許多鋰離子電池容量衰退的最關鍵原因，測定了電池碳負極表面SEI 膜含鋰量及其隨電池循環次數的變化情況，把碳負極表面SEI膜含鋰量的變化情況與正極缺鋰情況和電池容量衰退結合起來，闡述了電池循環過程中負極對正極的影響和作用。進一步通過電解液組成最佳化、粘結劑最佳化、電極孔率最佳化和石墨表面包覆等方法，探索了抑制二者之間相互作用的方法和途徑，特別是通過抑制電池內部活性鋰消耗顯著提高了電池的壽命，這些工作對深入理解和認識鋰離子電池工藝技術中的科學問題和提高鋰離子電池工業的科學和技術水平具有明確的指導意義。通過本課題的實施，課題組先後在國內外有影響的學術刊物如J. Phys.Chem. C, J. Power Sources, Electrochemica Acta，Journal of Materials Chenistry A, Nanoscale, RSC advances, Electrochem. Commun等期刊發表論文近20篇，在同行中產生了一定的學術影響，成功申請和承辦了第十七次全國電化學大會，參加人數超過2600人，申請國家發明專利3項，2項已獲得授權，參加國內外學術會議11次，培養青年教師和研究生7名。
