竹炭模板法合成高度有序LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2微米线组

三元正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2具有比容量高、嵌脱锂电位高和振实密度高等"三高"特性，是高能量密度型锂离子动力电池的首选材料之一。本项目拟利用竹炭天然形成的直通型微孔阵列作模板，应用溶胶-凝胶工艺，结合提高Li/M化学计量比、离子掺杂和氧化物表面包覆等实验手段，制备具有优异电化学性能的高度有序富锂型LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2微米线组，以期有效解决三元正极材料存在的阳离子混排度偏高，大电流下容量衰减过快和过渡金属易溶出等关键性问题。并对竹炭孔道限域反应在改善产物晶体结构、抑制产物阳离子混排中的主要作用机制，提高Li/M 计量比和离子掺杂在抑制材料晶格参数变化及降低电荷传递阻抗中的相关机理，及金属氧化物包覆在改善材料与电解液间界面性质中的作用机理进行深入研究分析，为制备高性能的一维超细结构LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料奠定技术基础。

以LiNil/3Col/3Mnl/3O2为代表的层状Li-Ni-Co-Mn-O系列材料（简称三元材料）较好地兼备了钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂的优点，具有比容量高（160-220mAh/g）、嵌脱锂电位高（2.8-4.5V）和振实密度高这样的“三高”特性，同时又具有较好的安全、稳定性能，所以逐渐受到人们重视，被认为是高能量密度型锂离子动力电池的首选正极材料之一。本项目针对LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料存在的 “阳离子混排”致锂离子嵌脱困难，大电流条件下容量衰减较严重以及过渡金属离子易溶出等问题，重点通过材料形貌和尺度设计，进一步优化其结晶度、比表面积、相纯度及阳离子混合度，在有效改善材料电化学性能的基础上，提升其实际应用性能。主要开展了5方面的研究工作：一是采用水热工艺合成出了堆积密度较高的均一球形LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2材料，电化学测试表明材料比容量高，倍率性能较佳；二是采用水热合成工艺代替竹炭模板法成功制备出了容量和倍率性能优良的一维线状LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2材料；三是开展了水热法制备富锂相一维Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料的研究，探讨了不同煅烧温度对富锂相一维线性三元材料（Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2）形貌、结构和电化学性能的影响，发现750℃煅烧条件所得的材料的电化学性能最好，0.1C下放电首次放电比容量达到269.8 mAh/g，1C下放电比容量接近200 mAh/g，循环30次后容量保持率为91%；四是开展了Y掺杂富锂层状材料的合成及其电化学性能研究；五是开展了欠锂型氧化物MoO3对富锂相三元层状材料的表面修饰改性研究。项目实施三年来，申请或授权发明2项，在Advanced Materials，Nano Letters等期刊发表SCI论文12篇，培养硕士研究生4人，博士研究生2人，并顺利完成了各项研究内容和指标。