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新型多元磷酸盐体系正极材料及其合成工艺

成果类型:: 新技术

发布时间: 2023-08-04 14:29:14

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”纳米技术专业科技服务团| 李小丽 | 2023-08-17 15:49:51

磷酸锰铁锂正极材料作为“升级版磷酸铁锂”,在兼具高安全性、低成本优势的同时,补齐磷酸铁锂正极低能量密度的短板,具有广泛的应用场景。但是磷酸锰铁锂材料电子/离子电导率低限制其进一步推广,且目前主流的磷酸锰铁锂合成方法为固相法,难以实现锰和铁离子原子级混合,因此材料综合性能较差。本团队创新性开发了一种液相溶剂热合成磷酸锰铁锂材料新工艺,不仅使铁和锰离子原子级混合且实现一次颗粒尺寸可控调节,缩短电子/离子迁移路径,提高动力学性能。此外,溶剂热反应中实现多元素原位掺杂,有效提升材料本征离子电导率。针对磷酸锰铁锂材料振实密度低和电子电导率差等问题,采用包覆造粒一体化工艺构建多级结构提高振实密度,同步实现导电剂复配构建完整导电网络提升电子电导率。得到的磷酸锰铁锂材料比容量能够达到152 mAh/g,首圈库伦效率高于96%,且倍率和循环性能优异。

(1) 实现铁和锰离子原子级复合,结合多元素原位协同掺杂大幅提升材料本征电子/离子电导率,比容量高于市场同类产品; (2) 相比同类产品微米级大颗粒形貌,本产品为多级结构,即一次颗粒自组装成的微米二次球,在保证振实密度的同时,具备更优异的倍率性能; (3) 采用自主开发的设备,目前已实现公斤级样品制备

相比三元材料明显的成本优势、安全性能及相比 LFP 更高的能量密度,主要的限制在于低导电率,改进办法:通过包覆、掺杂、纳米化来改进其导电性能,来进行复合,可以进一步综合材料的优势,通过复合来实现短板互补,实现能量密度的提高,具有更全面、综合的电池性能,但同时相应的生产成本也会大幅提高。磷酸锰铁锂有着很好的性价比与发展空间,随着相关技术及复合材料的发展,磷酸锰铁锂有望在电动汽车上实现普及。

李春忠,教授,现任华东理工大学化工学院院长、超细材料制备与应用教育部重点实验室主任、上海多级结构纳米材料工程技术研究中心主任。主要从事纳米材料和低碳能源化工领域的研究。作为第一完成人分别获得国家自然科学二等奖1项,国家科技进步二等奖1项,教育部和上海市自然科学一等奖各1项,上海市发明一等奖1项和上海市科技进步一等奖3项。2018-2022年入选科睿唯安跨学科领域全球高被引科学家。 江浩,教授,现任华东理工大学材料科学与工程学院副院长,超细材料制备与应用教育部重点实验室副主任,英国皇家化学会会士,国家优秀青年科学基金获得者,国家”万人计划”青年拔尖人才。主要从事新能源材料制备及应用研究,在Natl. Sci. Rev.、Adv. Mater.和Nature Commun.等期刊发表SCI论文200余篇。获得2020年度国家自然科学二等奖和2014年度上海市自然科学一等奖。 陈灵博士,华东理工大学特聘副研究员,上海市晨光学者。主要从事纳米储能材料及结构控制研究,主持承担国家自然科学基金青年项目等。 余海峰博士,华东理工大学博士后,主要从事锂/钠离子电池用层状氧化物正极材料方向的研究。
  • 新型多元磷酸盐体系正极材料及其合成工艺,具有高振实密度,同步实现导电剂复配构建完整导电网络提升电子电导率,具备更优异的倍率性能,具有实际应用场所。磷酸锰铁锂有望在电动汽车上实现普及。

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