[01591070]锂离子动力电池电极材料关键技术与应用

近年来中国经济的高速发展，传统化石能源消耗量大，引发了能源危机，并且传统的石化能源带来了严重的环境污染，也破坏了生态环境，影响了人民的生活水平。利用新能源，提高能源利用效率和利用方式，发展节能技术与新能源汽车已成为国家战略性新兴产业。因此，研发具有高能量密度，长循环寿命，环境友好的锂离子动力电池已成为节能和新能源汽车产业发展的重要保障。商用锂离子动力电池能量密度较低、安全性能不理想、充放电速度较慢，这些关键指标主要取决于电极材料。该项目围绕掺杂协同表面包覆改性、电极材料形貌控制、多元复合材料等方面开展了创新性研究及应用，开发了高性能电极材料，并在湖南杉杉能源科技股份有限公司等锂离子电池材料龙头企业获得推广应用。主要研究内容如下： 1、掺杂协同表面包覆改性技术。创造性将导电聚合物表面包覆和阴、阳双离子掺杂同时引入到正极材料中，利用二者的协同作用，在有效抑制正极材料阳离子混排的同时，改善了材料界面稳定性，提高了离子导电率，从而提高锂离子电池正极材料的电化学性能。将磷酸铁锂包覆在镍钴锰酸锂表面，有效抑制镍钴锰酸锂与电解液的副反应，减少电解液对镍钴锰酸锂的侵蚀，提高镍钴锰酸锂的结构稳定性，最终提高了锂离子电池使用寿命和安全性。通过在正极材料表面包覆聚并苯，合成了倍率性能优异的磷酸铁锂正极材料。 2、电极材料形貌控制技术。通过调控晶体生长环境、引入结构诱导剂，控制晶体生长，制备了辐射状球形正极材料镍钴铝前驱体；采用喷雾干燥法和水热法法分别制备了磷酸铁锂微球和片状磷酸铁锂。辐射状球形结构既增大了电解液和正极材料的接触面积，缩短了锂离子扩散距离，提高了倍率性能，又缓解了正极材料中锂离子深度充放电过程中的晶体畸变应力，提高了材料的体积能量密度和加工性能。 3、多元复合电极材料。磷酸铁锂安全性好，但有容量低、电导率低的缺陷，镍钻锰酸锂电化学性能优异但结构稳定性不理想。将磷酸铁锂与与镍钴锰酸锂通过球磨复合，获得的新型复合材料兼具两种材料的优点，提高了锂离子电池的循环性能和安全性能。利用废旧磷酸铁锂电池材料，将磷酸铁锂与石墨烯复合，制备低成本的导电性能优良的磷酸铁锂复合电极材料。 该项目已授权国家发明专利7项，在国际权威学术期刊上发表SCI收录学术论文30余篇，培养博士和硕士累计18名。项目研发的正负极材料在湖南杉杉能源科技股份有限公司、清远佳致新材料研究院有限公司和湖南盛利高新能源科技有限公司批量化生产，并在新能源汽车、电动自行车上是实现装车应用。以其作为正负极材料制作的锂离子动力电池循环寿命长、倍率容量高，安全性好，新增利润4918万元。该项目为83人提供了就业岗位，其应用降低了石油消耗，减少了温室气体排放，保护了生态环境，具有良好的社会效益。