PDF《一、项目名称》

一、项目名称 原位包覆与晶面调控提升正极材料的界面稳定性及离子扩散速率

二、提名单位(专家)意见 我单位认真评阅了该项目提名书及附件材料,确认全部材料真实有效,相关 栏目均符合四川省科学技术奖励工作办公室填写要求.

三元正极材料是目前锂离子电池的关键材料, 但其自身存在的首次不可逆容 量损失较大、 倍率性能较差等缺陷阻碍了它性能的进一步发挥,而影响材料性能 的机理以及材料的构效关系都有待深入研究. 团队以三元正极材料作为研究对象, 创新性地提出采用前驱体预包覆、一次高温合成纳米级 LiTiO2 掺杂性梯度包覆 的正极材料,研究了改善正极材料结构稳定性,减少副反应的机理;

同时发现, 通过制备一维棒状结构和可控制备晶面取向的正极材料均可有效缩短锂离子和 电子的迁移路径,大幅提高材料的性能.研究成果为构建长循环性能、高倍率性 能及热稳定性能的正极材料提供了新的理论依据、开拓了新的材料制备途径. 该项目分别从掺杂、包覆、形貌控制、晶面取向等方面研究了材料结构与材 料电化学性能的关系,特别是掺杂性梯度包覆方面取得重要进展,共发表 SCI 论文

40 余篇,授权发明专利

2 项,所取得研究成果得到了国际学术界的高度重 视,论文自发表以来多次被 NATURE REVIEWS MATERIALS、ADVANCED ENERGY MATERIALS 等文章引用.其中

8 篇代表性论文共被 SCI 他引

406 次,2 篇ESI1% 高被引论文,单篇最高被引

115 次. 提名该项目申请省科技进步奖.

三、项目简介 本项目属于新能源材料以及纳米材料研究领域. 作为一种高效、清洁的储能装置,锂离子二次电池在新能源汽车和数码等 领域发挥着不可或缺的作用.镍钴锰酸锂三元正极材料是目前正极材料的主流, 其不仅可以通过镍钴锰三种元素在材料结构中的协同作用同时满足材料对高能 量密度、 高安全性以及循环稳定性的要求,还可以灵活地调整镍钴锰三种元素比 例以满足不同的市场需求.然而,其材料本身存在的首次不可逆容量损失较大、 倍率性能较差等缺陷阻碍了它性能的进一步发挥, 而影响材料性能的机理以及材 料的构效关系也都有待深入研究.团队以三元正极材料作为研究对象,利用前驱 体包覆、一次高温即可合成嵌锂化合物纳米级 LiTiO2 掺杂性的梯度包覆的正极 材料,研究了改善正极材料结构稳定性,减少副反应的机理;

同时发现,通过制 备新型一维棒状结构和通过控制晶化法制备晶面取向的正极材料均可有效缩短 锂离子和电子的迁移路径,大幅提高材料的性能.研究成果为构建长循环性能、 高倍率性能及热稳定性能的三元正极材料提供了新的理论依据、 开拓了新的材料 制备途径. 主要科学发现如下: 1.获得了掺杂性梯度包覆的三元正极材料,研究了其改善材料结构与性能 的机理.首次制备了锐钛矿型 TiO2 包覆的三元正极材料,研究发现此包覆层一 方面能抑制电极材料与电解液之间的反应,从而降低电荷转移阻抗;

另一方面是 在正极材料表面引入键能较强的 Ti-O 键,降低了材料的表面活性,从而减少氧 气释放量,因此大大提高了三元正极材料的循环性能、倍率性能和热稳定性能. 在此基础上发展了利用水解金属醇盐的方法,一步合成嵌锂化合物纳米级层状 LiTiO2 渗透性掺杂包覆的三元正极材料,并揭示了改性历程、改性机理以及方法 的优越性,为材料的开发及应用提供思路;