[01362047]高功率复合电极材料的制备、结构设计及储锂性能研究

近年来电动汽车的研发成为国内外研究热点,其中电池技术受化学储能的限制,成为最难突破的瓶颈。由于与传统电池相比有着能量密度大、充放电寿命长等优势,锂离子电池在便携式电子产品中居于绝对主导地位,并且随着材料技术、加工工艺水平的提高,其应用正向动力电池领域扩展,并展示了良好的应用前景。但高功率电流密度带来的安全性问题更为突出,与中小型电子产品所用电池相比,动力锂离子电池需要更长的循环寿命与稳定性,这些技术上的难题阻碍了其在动力电池领域的进一步应用。因此,如何在现有材料体系的基础上,开发先进的材料制备及改性处理工艺,设计具有特殊结构、高储锂性能和商业化应用前景的电极材料成为提高动力锂离子电池应用的关键所在。 基于此,课题组在锂离子电池传统电极材料改性研究的基础上,开展了以面向高功率电池应用为主要目的的新型复合电极材料的开发与研究工作,包括具有高理论容量的新一代电极材料硫化亚铁复合电极、具有高安全性能的钛酸锂、硅酸铁锂、磷酸钒锂等新型电极材料以及具备新型结构或改性处理工艺的磷酸铁锂、石墨等传统正负极材料的研发工作等,并以“FeS表面包覆尖晶石钛酸锂的改性处理及其作为锂离子负极材料的电化学性能研究”与“动力锂离子电池用新型负极材料钛酸锂关键技术研究”为题分别申请了山东省科技发展计划和滨州市科技发展计划,并获得了立项支持。课题项目顺利按期结项并取得了一定研究成果,项目主要研究内容及成果介绍如下： （一）主要研究内容 （1）根据硫化亚铁电极材料的充放电特点,通过分析不同充放电电位条件下的产物特征,阐明了该材料锂化/脱锂过程反应机理,依据其储锂性能及快速充放电性能影响因素,提出改进其倍率性能的改性处理方法及相应的充放电制度,并制备出新型硫化亚铁基复合材料,提高了该类材料的应用前景。 （2）针对目前动力锂离子电池缺陷,对具有高安全性能特点的钛酸锂、磷酸钒锂以及硅酸铁锂等新型电极材料进行了制备方法、结构设计以及改性处理等方面的研究工作,制备出具有纳-微结构特点的碳包覆层复合材料,优化适合产业化生产的制备工艺条件,分析了该结构特征条件下材料的充放电过程机理,并提出了有效提高其高电流密度下的循环性能与容量保持率的改性方法。 （3）针对目前传统电极材料磷酸铁锂与石墨材料在动力锂离子电池应用中的缺点,提出了相应的改进方法。设计出一种具有纳米级颗粒-碳连接球簇特征的微米级球形磷酸铁锂材料,克服了超微颗粒存在的无规则团聚问题;利用钛酸锂对石墨材料进行改性处理,制备出相应复合材料,大幅度提高了倍率性能;组装成成品电池获得正负极、电解液及电池设计参数之间的影响规律,提供了重要的借鉴作用。 （二）主要研究成果 依托本研究项目,项目组成员共发表SCI收录论文12篇,其中一区文章5篇,引用总数超过80次。