[01387948]大倍率、高比能二次电池复合电极材料

自从1978年美国发射第一枚合成孔径雷达卫星SAESAR以后,很多国家开始大力发展星载雷达卫星的研究。合成孔径雷达（SAR）不受气候条件限制的特性,使该类卫星成为目前微波遥感设备中发展最迅速和最有成效的手段。SAR作为以一种有源探测装置,负载特征为低纹理、快速响应、瞬时、大功率脉冲放电,因此要求电源必须具有高功率脉冲放电的特点。目前采用的镍铬、镍氢电池比能量低、倍率放电性能差,需要加大的蓄电池组才能达到输出功率的要求,也给整星设计带来了巨大挑战。因此高比容量的锂离子电池成为理想的替代品,但是目前空间用锂电池充放电倍率为0.2C至1.0C,其高倍率脉冲放电性以及安全性仍需进一步提升。 锂离子蓄电池的高倍率充放电能力直接受电极材料结构影响：首先,锂电池充放电过程中需要电子和离子的共同参与且达到平衡;提高电极材料的导电性可通过增加导电剂的比例实现,然而其离子电导率是由活性物质自身性质决定的,如：a. 材料内部的缺陷和空位数;b. 活性物质中原子排列方式;c.离子在活性物质中的传输距离等。其次,为提高电池倍率性需增加热集流体/导体的比例,而这些非活性物质的增加导致电池比容量难以超过100Wh/kg。因此为制备大比容量、高倍率的空间锂电池,对电极材料进行结构优化提升其离子电导率和比容量是需研究解决的关键问题之一。 本团队多年从事先进储能电极材料的研发,在高功率、高稳定性电极材料方面的研究成果汇总如图1所示。为了提高电极材料比容量和离子电导率,申请人系统研究了高比容量的金属氧化物/碳复合电极材料,并通过如下手段优化材料结构提升离子传输速率：a. 空位和缺陷构筑降低离子传输能垒;b. 结晶行为调控等方式增加离子传输通道;c. 纳米结构设计缩短离子迁移距离。并根据实验数据建立多种模型,系统研究了材料结构影响离子迁移率的机理。在前期研究基础上积极开展成果转化,与中国航天科技集团上海空间电源研究所联合开发的复合电极已用于生产的高倍率、大比容量空间锂离子电池中,并通过了性能测试。 本团队已在ACS Nano, Applied Catalysts B, Small等储能领域一流SCI期刊上发表论文24篇。发表的论文中有两篇当选为ESI 高被引论文,并被Adv. Energy Mater.、J. Mater. Chem. A、Small 等期刊论文作为亮点工作评述。相关成果已与空间电源研究所联合申请国防专利2项,独立申请并授权发明专利12项,团队成员获省部级及以上人才称号5人次。