《鋰離子電池用層狀富鋰錳基正極材料的壓降抑制研究》是依託北京理工大學，由包麗穎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋰離子電池用層狀富鋰錳基正極材料的壓降抑制研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：包麗穎
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
層狀富鋰錳基材料xLi2MnO3•(1-x)LiMO2（0＜x＜1，M為過渡金屬）是一類頗具套用前景的高比容量型鋰離子電池正極材料。過渡金屬離子的遷移是富鋰錳基材料充放電過程中不可避免的本徵行為，由此產生的結構轉變既是材料新活性成分的來源，但又是後續循環過程中容量衰減和壓降問題的根源。基於此，項目擬從提高材料固溶體中元素在原子水平的均勻分布和主動引入岩鹽相組分入手，即套用水熱合成工藝製備和設計出Ni、Mn、O元素分布均勻，Li2MnO3、LiMO2與MO相組分共溶共存的新型富鋰本體材料，以有效抑制循環過程中過渡金屬的遷移和類尖晶石結構的積累；再利用超薄尖晶石膜對本體材料進行原位包覆，以維持材料活化後表層微結構的穩定，並利用超薄尖晶石膜三維嵌脫鋰通道的“離子泵”效應促進鋰離子的傳導。這種基於材料本體和表層有針對性的組分和結構設計，對抑制富鋰錳基材料的容量衰減和壓降將更加有效。
結題摘要
層狀富鋰錳基材料是一類頗具套用前景的高比容量型鋰離子電池正極材料。過渡金屬離子的遷移是富鋰錳基材料充放電過程中不可避免的本徵行為，由此產生的結構轉變既是材料高活性成分的來源，但同時又是後續循環過程中容量衰減和壓降問題的根源。為此，項目組首先利用鋰化工藝調控引入尖晶石組分激活Li2MnO3組分以獲得高容量和高倍率性能，再通過控制充電截止電壓以限制鋰空位的生成，有效抑制了循環過程中的電壓降。然後，利用(NH4)2HPO4微創處理工藝，在富鋰錳基材料表層引入類岩鹽組織結構，這一結構可對主體結構完成自我修復，在提高富鋰材料的循環性能、倍率性能、抑制壓降現象等方面，均有良好的表現；同時，原位生成的Li3PO4快離子導體膜，與主體材料的融合度更高，有效提高了鋰離子脫嵌的動力學性能。最後，分別通過LaNiO3、AlF3、Al2O3、LiTi2(PO4)3等快離子導體的原位包覆，以固定表層晶格氧，有效抑制過渡金屬的遷移和相變，進一步改善了層狀富鋰錳基材料在循環過程中的容量衰減和壓降。綜上，項目組掌握了多種設計與合成具有高容量、高倍率和高循環穩定性能的富鋰錳基材料的關鍵技術，成功製備出了容量高、倍率性能好且容量衰減和壓降得到有效抑制的富鋰錳基材料。相關研究為富鋰錳基材料在下一代高能量密度鋰離子動力電池中的套用奠定了堅實的科學技術基礎。項目實施四年來，項目組共申請或授權發明專利16項，在Nano Energy，Journal of Materials Chemistry A，Energy Storage Materials等期刊發表相關SCI論文18篇，培養碩士研究6人，博士研究生6人，並順利完成了各項研究內容和指標。
