[01437408]高安全长寿命锂离子动力电池正极材料关键技术及应用

近年来中国私家车大幅度普及，石油消耗量和汽车尾气排放量剧增，导致能源日益枯竭和环境严重污染，发展清洁型新能源汽车成为中国政府和人民的共识。锂离子动力电池能量密度大，循环寿命长，环境友好，是新能源汽车首选移动能源。但是，锂离子动力电池正极材料的性能仍然不能完全满足电动汽车的要求。该项目在湖南省自然科学基金项目(09JJ3092)、湖南省科技计划项目(2008FJ3008)、湖南省教育厅优秀青年基金项目(06B002)等资助下，围绕制备高安全长寿命锂离子动力电池正极材料，在复合正极材料现场生长技术、材料低碳制备工艺、晶体形貌控制生长和晶体结构掺杂等方面开展了创新性研究及应用。1、该项目提出化学气相沉积制备磷酸铁锂/碳纳米管(碳纤维)复合正极材料的现场生长技术。该方法采用碳纳米管和碳纤维的现场生长，解决了在高粘度和高固含量的磷酸铁理浆料中分散碳纳米管的难题，并且将合成碳纳米管和碳纤维的工艺在制备磷酸铁锂的过程中一步实现:同时生长碳纳米管的催化剂作为阳离子掺杂引入磷酸铁锂中，提高了磷酸铁锂的离子电导率和电子电导率。2、该项目采用低碳合成工艺，包括溶胶凝胶法、熔盐法、常温锂化-低温合成法和1分钟快速合成法，制备出倍率性能和循环性能优异的正极材料，降低了能耗，提高了生产效率。3、通过引入结构诱导剂，控制晶体生长，制备了球形正极材料。球形结构缓解了锰酸锂深度充放电过程中的晶体畸变应力，提高了锰酸锂的循环性能。球形磷酸铁锂和镍钴锰酸锂降低了其比表面积，提高了材料的加工性能。4、研究阴、阳离子掺杂对材料晶体结构及其电化学性能的影响，制备了高电压双电子氧化还原型LiNi0.5Mnl.504正极材料和高容量锂锰氧氟复合氧化物正极材料。结合实验和表征，对锂锰氧氟复合氧化物的性能进行了合理解释，提出了氟间隙模型。研究了阳离子单掺杂/共掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.102结构和电化学性能的影响，揭示了阳离子似排机制及其抑制机理。该项目已授权发明专利1项，发表论文30余篇。项目研发的正极材料批次重现性好，以其作为正极材料制作的锂离子动力电池在极限条件的穿刺、燃烧和碰撞等滥用实验证明，材料安全性能优异，穿刺不起火，碰撞、燃烧不爆炸。经循环、倍率和容量性能检测，2000次循环容量保持率大于90%，10C放电容量为0.2C容量的95%以上，材料循环寿命长、倍率容量高，加工性能良好。项目在湖南长沙永力新能源科技有限公司和河南鑫凯新能源有限公司成功产业化后，累计实现销售利润5520万元，经济效益显著。项目成果的推广应用将带动上游原材料供应厂家的发展，为锂离子动力电池提供合格的正极材料，推动新能源汽车的发展，降低石油能源的消耗，缓解汽车尾气带来的环境污染，对于促进国民经济持续发展具有重要意义。