锂离子电池载流子迁移机制及LiFePO4正极材料改性研究

本项目以锂离子电池整体为研究对象，系统分析讨论锂离子在正极材料内部、SEI界面的迁移过程，在此基础上利用LiFePO4晶体结构特殊方向性，制备具有晶格定向生长的LiFePO4颗粒材料，提高LiFePO4材料锂离子扩散系数和电导率；利用LiFePO4晶体结构基元的特殊功能性，以过渡金属元素M为对象，结合晶体场理论和量子化学计算，以键长、电子云分布情形以及电子在M-O-M 间转移速率等参数设计δ structure，实现晶体晶格修饰，解决LiFePO4材料大电流放电比容量低、低温性能差的问题；通过研究SEI界面组成、结构、稳定性的影响因素提出固体电解质界面膜的保护方法，以提高LiFePO4材料的循环性能；通过原料及配方的选择优化，采用动态粉碎同步晶化技术，实现将LiFePO4的纳米结构和多孔结构有效地结合在一起，以提高LiFePO4材料的振实密度。

本项目针对在能源领域越来越重要的电池材料磷酸铁锂导电性能差、振实密度低、大倍率充放电性能不佳等问题，从整个电池出发，建立了锂离子迁移模型；从改善磷酸铁锂本证的结构出发，优势生长晶体，并且通过掺杂改性获得大倍率性能；从采取三元碳源包覆出发，获得协同效果，极大提高了材料的电导特性；从多级构筑材料微纳结构出发，获得了高振实密度材料，提高了材料的体积比容量，增强了材料的加工性能，这些对于磷酸铁锂的应用具有非常重要的意义。