[01167900]高容量型富锂三元Li1+x[Me1-yCoy]xO2/石墨烯复合电极及其嵌脱锂机理研究

本项目围绕目前车载锂离子动力电池成本最高的正极材料为研究对象,重点以低成本高能量密度的低钴富 锂层状氧化物Li1+x[Me1-yCoy]xO2（Me=Mn, Ni, Al, x≤0.2, y≤0.1）为材料研究对象,采用了理论研 究和实验制备相结合的方法,从电子结构、离子输运和可控实验角度开展了各项研究工作,重点关注该材 料急需要解决的首次容量效率、倍率特性和循环稳定性能等问题。 完成研究内容一：本项目研究过渡金属组元组分,本项目研究过渡金属组元组分,将以Li1+x[Me1-yCoy]x O2（Me=Mn, Ni, Al, x≤0.2, y≤0.1）为基础研究材料,研究过渡金属Me1-yCoy的组分匹配,并且进行 了优化匹配得到了 Li1.2Mn0.534Ni0.133Co0.133O2和Li1+x（Mn0.6Ni0.2Co0.2）1-xO2的组元组分材料, 研究 了组元组分匹配优化与循环稳定性能之间的内禀性关系。 完成研究内容二：为了研究首次容量衰减机理,将以以优化匹配的过渡金属组元组分Li1+x[Me1-yCoy]xO2 （Me=Mn, Ni, Al, x≤0.2, y≤0.1）为基体材料,同时采用碳纳米管CNTs掺杂改性的方法提高其首次效 率,掺杂之前的效率为74.%提高到81.7%,Materials Letter 118（2014）8-11; 采用石墨烯graphene掺杂 改性的方法提高其首次效率,掺杂之前的效率为69.4%提高到80.4%,Journal of Materials Science: Ma terials in Electronics, 2017, 28（3）: 2705-2715. 采用碳纳米管CNTs和石墨烯graphene共同掺杂提高 其首次效率,掺杂之前的效率70.9%提高到85.6%,Ceramics International, 2016, 42（4）：4899–49 10. March 2016,。 完成研究内容三：为了研究锂离子输运机制,将以研究内容一和二共同优化得到的Li1+x[Me1-yCoy]xO2为 基础,并与石墨烯复合得到Li1+x[Me1-yCoy]xO2/石墨烯为研究材料,运用数值拟合与可控制备/电化学测 试的方法研究电子电导、离子电导的特性。以了解锂离子在电极材料内部和表面包覆层中的传输特性,这 个研究的主要目的是解决倍率特性与电子/离子电导的本征关系。Journal of Solid State Electrochemi stry, 2016,20:95-103. 完成研究内容四：根据理论分子设计结果指导材料的高效合成制备,采用高能纳米湿法研磨和闭式喷雾干 燥等先进制备技术进行电极材料的可控制备,优化各种制备工艺参数。 我们通过这些基础的研究,并从实验上证明该材料中过渡金属组元组分、首次容量衰减机理、锂离子输运 机制等科学问题与材料宏观性能之间的本质科学关系,为材料设计与改性提供科学依据和参考。 我们基 于该材料的前期研究工作基础联合行业知名企业深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司和东莞市安德丰电 池有限公司合作申请获批了广东省重大科技计划项目,“高能量密度“富锂氧化物@硅碳”新体系动力电 池关键材料及应用技术”,广东省科技计划项目-新能源汽车电池及动力系统,125/500万,2016B0101140 02,2016.01-2018.12。