新一代动力锂电池富锂锰基正极材料研究获进展

来源: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所

发布日期: 2016-07-09 07:31:05

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队在富锂锰基正极材料的研究方面取得了重要进展,开发了一种新颖的气固界面改性方法,显著提升了材料的性能,为新一代高能量密度动力锂电池的开发提供了新思路。

目前,电动汽车面临续航里程短和安全性不足等问题,制约了其大规模推广。如果电动汽车拥有与燃油车相当的续航里程(~500公里),消费者驾驶电动汽车时将不再有里程焦虑,有利于实现电动汽车的大规模推广。目前商业化的动力锂电池能量密度一般在150 Wh/kg上下,要实现续航里程翻倍,动力锂离子电池的能量密度必须翻倍至300-400 Wh/kg。

从技术层面看,采用更高比容量的正负极材料是提高电池能量密度最为直接有效的途径。在目前已知正极材料中,富锂锰基正极材料放电比容量高达300 mAh/g,是当前商业化应用磷酸铁锂和三元材料等正极材料放电比容量的一倍左右,因而被视为新一代高能量密度动力锂电池正极材料的理想之选。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室刘兆平和夏永高领导的研究团队多年来一直致力于富锂锰基正极材料的研究开发,在制备方法、组分优化、充放电机理和表面改性等方面做了系列有意义的研究工作,取得了丰富的研究成果。2013年,该研究团队发展了一种新颖的气固界面改性,让富锂锰基正极材料颗粒表面形成均匀氧空位,从而大大提高了该材料的首次充放电效率、放电比容量和循环稳定性。

该研究工作发表在Nature Communications 2016, 7, 12108,得到了审稿人的高度评价。该工作首次提出了通过提高晶格氧的活性来改善富锂锰基正极材料的首次充放电效率和倍率性能,为该材料改性研究提供了新思路。此外,该气固界面改性方法相对简单、可控且易实现工程化,这为高性能富锂锰基正极材料的工程化开发提供了新途径。

目前,该研究团队正在利用此改性方法着力推进富锂锰基正极材料的中试开发。

该研究工作得到了中科院战略先导A类项目“变革性纳米产业制造技术聚焦”专项“长续航动力锂电池”项目、CAS-DOE国际合作项目“新一代锂离子电池富锂锰基正极材料的结构解析与储锂机制”和宁波市新一代锂离子电池材料创新团队的大力资助。

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