科创中国

新材料技术,金属材料

为满足锂离子动力电池市场对高能量密度（>300 Wh/kg）、低成本（< 1000 RMB/kWh）的要求，亟需开发具有高比容量和低成本的高镍三元正极材料。然而，高镍三元正极材料存在循环寿命短、空气存储性能差、大规模制备过程难以控制、产品一致性差等问题。项目基于高镍低钴多元复合正极材料的元素匹配关系、多元素共沉淀反应基础数据库、掺杂元素和包覆元素同步分离的扩散模型等基础研究成果，集成“前驱体惰性元素体相加固”、“前驱体湿法流变相表面沉积包覆”、“一步烧结实现掺杂包覆双重修饰”、“高温多物理场对流强化烧结”等技术方案，开发出比容量高（>220 mAh/g）、表面残锂低（<*** %）、循环寿命长（2000次容量保持率>80%）的动力锂离子电池用高镍低钴多元复合正极材料产品。项目研发了一种新型高镍低钴多元复合正极材料及其制备技术，突破了高镍正极材料结构不稳定、循环性能差、大规模稳定制造困难等技术瓶颈，项目成果先后在巴斯夫杉杉、湖南长远锂科、桑瑞新材料三家企业形成了共计65000吨/年的高镍正极材料生产规模，实现了高镍多元复合正极材料的开发与集成应用。

1.针对高镍低钴三元材料掺杂元素体相分布不均匀，包覆层不完整、厚度不可控的问题，基于多元素共沉淀反应基础理论，发明了前驱体惰性元素体相加固与流变相法控制材料表面包覆层的制备方法，有效提升了材料的结构稳定性和循环寿命； 2.针对高镍三元材料制备流程长、成本高、批次稳定性差的问题，建立了掺杂元素和包覆元素同步分离的扩散模型，研发了一步烧结实现掺杂包覆双重修饰方法和高温多物理场对流强化烧结技术，缩短了制造流程，解决了高镍低钴多元复合正极材料大规模可控制备的难题； 3.是典型的“政用产学研”创新工程案例。在国家基金委、湖南省创新创业技术投资项目“高镍多元复合正极材料合成关键技术与产业化集成应用”、宁夏省重大科技专项“高容量长寿命动力型高镍8系NCM正极材料关键技术研究与应用”等项目支持下，项目面向用户需求，有机组合高校科研平台、企业研发力量及产业化平台，实现了高镍低钴多元复合正极材料技术创新的全链条对接与耦合。

新能源材料与器件及其资源研究团队长期从事材料、冶金与电化学的基础理论研究与新技术开发，注重将冶金物理化学基本原理拓展到能源材料领域，深入开展储能材料构效关系和电化学机理研究。主持国家973课题、国家科技支撑计划、国家自然科学基金，湖南省重大专项、及重大校企业合作项目80多项，在新型储能材料、化学电源、有色金属资源高效利用等领域取得系列重大创新性成果。团队先后在Nature Communications、Chemical Society Reviews、Advanced Energy Materials等期刊发表SCI论文500余篇，获省部级以上科技成果奖8项，其中“高能量密度、高安全性锂离子电池及其关键材料制造技术”获得2008年度国家科学技术进步二等奖。团队荣获首届“湖南青年科技创新十大杰出集体”，多项成果实现产业化，先后孵化了湖南杉杉、湖南中伟等一系列新能源领域知名企业。

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