[01757764]锂离子电池用高容量富锂锰层状固溶体正极材料

富锂锰层状固溶体正极材料具有比容量高、工作电压高、成本低和安全性好等诸多优点,是新一代高性能锂离子动力电池的首选正极材料。在电动汽车行业迅猛发展的形势下,开发高容量富锂锰固溶体正极材料势在必行,但其存在首次不可逆容量大、倍率性能差等问题。本项目开发具有自主知识产权的富锂锰固溶体材料制备及改性关键工艺技术,解决其实用化进程中面临的关键技术问题,推动其在锂离子动力电池上的规模化应用。 针对新一代锂离子电池高能量、高功率、低成本、长寿命、高安全性的目标要求,设计合成不同成分的高容量富锂锰层状固溶体正极材料,获得有效改善其电化学性能的关键工艺技术,掌握该类材料的设计原理、制备工艺、改性工艺,提供产业化技术方案。设计优化基于富锂锰固溶体正极材料的新型锂离子电池体系,完成其用于锂离子全电池的应用研究,探明富锂锰固溶体正极材料成分、结构与电化学性能的关系,推动其实用化进程。主要内容包括： （1）采用三种工艺技术合成富锂锰层状固溶体正极材料,研究三种新材料的成分、工艺参数与所合成材料的相组成、物化参数的关系;通过调节pH值和搅拌工艺,利用“共沉淀-高温固相法”技术制备的富锂锰层状固溶体正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2,粒径 集中分布在10～16 μm;振实密度大于2.0 g/cm3,符合物化参数的要求。 （2）研究“共沉淀-高温固相法”制备富锂锰固溶体正极材料的中试生产工艺参数,评估电池在不同工作温度下的电化学性能,提高工作温度至55℃,富锂锰固溶体容量提高到250mAh/g,制备的富锂锰固溶体材料的工作温度范围较宽; （3）采用三种水解法、均匀沉淀法和等电点多相凝结法等表面修饰技术对富锂锰固溶体材料开展改性研究,优化工艺参数,降低首次不可逆容量,提高倍率性能,总结出表面改性的机制; （4）设计优化基于富锂锰固溶体材料的新型锂离子电池体系,进行全面电化学性能评价,为应用奠定基础。 富锂锰基正极材料作为第四代锂离子电池正极材料,有望提高电源整体的储能水平。本项目从制备和改性两个角度,分别以三种技术路线开展科学实验,对比分析并总结出适用于批量生产的“共沉淀-固相烧结”工艺技术要领,制备出具有良好球形形貌的二次微米团聚体,流动性好,振实密度较高。本项目为富锂锰基正极材料的产业化道路提供了大量科学的数据和分析成果。目前,仍有两个问题亟待解决,富锂材料的安全性需要提高（软包电池胀气）,在高电压下的电解液研发不可或缺。