[01498368]高性能锂离子电池材料研究

锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代蓄电池，其具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等优点，能够满足便携式电子产品小型化、轻量化、无污染的要求，已广泛应用于移动通讯、笔记本电脑等电子产品中。电极材料是锂离子电池的重要组成部分，是影响锂离子电池性能的关键因素。商业化正极材料(如钴酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂等)倍率性能均欠佳，使得整电池功率密度不能满足新能源汽车的发展需求，因此，开发新型高功率密度正极材料已显得迫在眉睫；另一方面，碳负极材料因嵌/脱锂电位低、循环性能好和电压滞后不明显得以广泛应用。然而，由于在现有材料结构基础上大幅提高正极材料比容量的可能性不大，因此，通过提高负极材料比容量提升整电池能量密度将具有重要的现实意义。项目研究内容主要涉及高倍率性能锂离子电池正极材料、高容量负极材料结构设计及制备方法：以原位合成的纳米硅替代商品化纳米硅制备高容量硅基复合负极材料，有效缓解了因体积效应导致的容量衰减，为硅负极材料研发开辟了新思路；将聚吡咯纤维网经活化和高温碳化，所得氮掺杂多孔碳纤维网络中的缺陷和纳米孔隙使得材料的容量和倍率性能显著提高；以磷酸铁(钒)锂为研究对象，通过掺杂或包覆提高材料离子电导和电子电导率，为材料倍率性能改善创造条件；以活化天然石墨为单一碳源合成双相碳包覆正极材料，巧妙解决了碳热还原过程中包覆碳还原活性和石墨化度难以同时提高的矛盾，为正极材料改性提供了有益借鉴。研究工作获得了国家自然科学基金、国家杰出青年基金、湖北省高校产学研重大项目、湖北省杰出青年基金、教育部重点等项目资助，研究结果在Journal of Material Chemistry、Advanced Materials等刊物上发表SCI论文100余篇，论文被Chemical Reviews、ACS Nano等刊物引用1800余次。研究成果获得发明专利3项，其中，高容量石墨基负极材料还获得了“湖北高校十大科技成果转化项目提名奖”。