三维多级微纳结构富锂锰基正极材料的离子液体辅助可控制备与电化学性能研究

Using power lithium-ion batteries is the development directions for lithium-ion battery, which is concerned about the energy strategy in future. In order to improve the electronic conductivity and lithium ion diffusion of the lithium-rich manganese-based cathode material, we design a three-dimensional hierarchically nano/microstructure to improve electronic conductivity and lithium ion diffusion characteristic and hence to improve the rate capability via an ionic liquid-assisted synthetic method. Ionic liquid are selected to construct three-dimensional hierarchically nano/microstructure based on the function of template and structure oriented. The nucleation and growth processes of powders are researched and the growth mechanism of these three-dimensional hierarchically nano/microstructured materials are revealed. The influence of nano/microstructure on lithium ion transmission and electronic conductivity are investigated systematically, the mechanism of storage/insertion/deinsertion of lithium ion and the “structure-performance” relationship between the structure and electrochemical properties are revealed. All of these are expected to provide theoretical and experimental data for the preparation of high performance of lithium-rich manganese-based cathode material. It is also beneficial to the efficient utilization of manganese resources in Xiangxi and Wuling Mountain area.

动力型锂离子电池是关系到能源战略的课题，是锂离子电池的重要发展方向。本项目针对高容量高电压富锂锰基正极材料电子导电性差和锂离子扩散慢的缺点，提出采用离子液体辅助法构建高效电子/离子导电网络——三维多级微纳结构来对富锂锰基材料进行改性。利用离子液体模板和结构导向功能构建三维多级微纳结构，研究材料成核/生长过程，揭示离子液体中三维多级微纳结构形成机理，实现特殊形貌富锂锰基正极材料的可控制备。研究三维多级微纳结构中一级纳米单元、二级微米单元对锂离子传输特性及电子电导率的影响规律，揭示三维多级微纳结构在电化学过程中的储/脱/嵌锂机制，明晰材料微观结构与电化学性能之间的“构效关系”，为制备高性能富锂锰基正极材料提供理论和实验依据，为湘西、武陵山片区锰资源的高效合理利用提供新思路与新方法。

动力型锂离子电池是关系到能源战略的课题，是锂离子电池的重要发展方向。本项目针对高容量高电压富锂锰基正极材料电子导电性差和锂离子扩散慢的缺点，提出采用离子液体辅助法构建高效电子/离子导电网络——三维多级微纳结构来对富锂锰基材料进行改性。利用离子液体模板和结构导向功能构建三维多级微纳结构，研究材料成核/生长过程，揭示离子液体中三维多级微纳结构形成机理，实现特殊形貌富锂锰基正极材料的可控制备。研究三维多级微纳结构中一级纳米单元、二级微米单元对锂离子传输特性及电子电导率的影响规律，揭示三维多级微纳结构在电化学过程中的储/脱/嵌锂机制，明晰材料微观结构与电化学性能之间的“构效关系”，为制备高性能富锂锰基正极材料提供理论和实验依据。在本项目的支持下，课题组成功获得了离子液体辅助制备三维多级微纳结构富锂锰基材料的最佳工艺参数，为三维多级微纳结构材料的可控制备提供新思路与新方法。揭示了三维多级微纳结构在电化学过程中的储/脱/嵌锂机制，明晰了材料微观结构与电化学性能之间的“构效关系”，为制备高性能富锂锰基正极材料提供理论和实验依据，为湘西、武陵山片区锰资源的高效合理利用提供了新思路与新方法。在研究周期内，项目申请人及团队先后在《Ceramics International》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Frintiers in Chemistry》、《Ionics》、《Journal of Materials Chemistry A》、《Journal of Power Sources》、《Solid State Ionics》等期刊上发表标注的研究论文16篇，被SCI、EI双收录11篇。参加国际国内学术会议7次，提交会议论文6篇。申请国家发明专利2项，授权1项。主编参编教材2部。培养毕业和正在培养硕士研究生共5名。培养本科生30名。课题组成员3人晋升副教授职称，1人晋升讲师职称。