[01058993]锂离子电池高性能正负极材料的研究与应用

锂离子电池与其它化学电源相比，具有工作电压高、能量密度高、功率密度高等优点，已广泛应用于3C数码产品、电动汽车、储能等领域，但近年来，随着电动汽车、智能电网以及大规模储能领域的快速发展，对锂离子电池的各项性能指标，如能量密度和功率密度等，提出了更高的要求。该课题组近年来一直致力于锂离子电池的研发与产业化等方面的工作，该项目重点研发了高电位、高容量的正极材料和高容量的负极材料，得到了国家自然科学基金委(面上项目21471135)、河南省科技厅(“高效能量转换材料与高能电池”河南科技创新团队)、河南省教育厅(“新型动力电池电极材料”河南高校科技创新团队)等项目和计划的支持。 1、主要技术内容：主要包括高性能富锂正极材料、类核壳/微纳米结构的三元正极材料、高比容量和高稳定性的硅碳和金属氧化物基碳复合负极材料等几个方面的研发。 (1)通过采用调节过渡金属比例、离子掺杂、表面包覆、微纳结构设计等手段有效降低了富锂材料的阳离子混排程度，稳定了层状结构，使其界面稳定性，首次充电库伦效率和倍率性能得到提升，研发了高性能的Li1+xM1-xO₂(M=Mn、Ni、Co)富锂正极材料。 (2)利用不同结构与性能的微纳米材料具有的特性，设计类核壳/微纳米结构的三元正极材料，充分发挥不同正极材料的理化性能和电化学的协同效应，显著提高三元材料循环稳定性、热稳定性和储存性能。研发了动力锂离子电池用类核壳/微纳米结构的三元正极材料，提高了锂离子电池的能量密度和高低温性能。并且制备工艺简单、稳定，易于产业化。 (3)采用原位技术研发了纳米碳复合负极材料，提高硅和金属氧化物负极材料的电子导电性和离子传输能力，并利用纳米碳材料的三维多孔特性缓冲材料在充放电过程中的体积膨胀，研制出高容量和循环稳定性好的硅碳负极材料和金属氧化物/碳复合负极材料。 2、专利授权情况：该项目的部分研究内容获得国家授权发明专利5项。 3、技术经济指标：该项目从提高锂离子电池的性能为出发点，研发了高性能富锂正极材料、类核壳/微纳米结构的三元正极材料、高比容量和高稳定性的硅碳和金属氧化物基碳复合负极材料等一系列的锂离子电池正负极材料。采用元素掺杂改性、类核壳/微纳米结构的设计和原位碳复合等技术，研发的锂离子电池正负极材料所生产的锂离子电池性能优良，表现出质量和体积比能量高、放电平稳、高低温环境适应性好、价格低、安全环保等特点。 4、应用推广及效益情况：该项目中的关键技术完成后，先后在河南锂动电源有限公司、江门市锦业华科技有限公司、深圳市福瑞吉科技有限公司等企业进行了推广应用。经用户使用表明，项目技术应用到企业后，给企业和社会带来了显著地经济效益和社会效益，近三年来共为上述公司创造新增利润10578万元。