锂离子电池层状氧化物正极材料的结构调控与中子衍射研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11575192
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A3005.中子技术及应用
- 结题年份:2019
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:赵虎; 刘磊; 李正耀; 张继成; 高睿; 张秀玲; 张恒;
- 关键词:
项目摘要
Cations migration, Li-metal cation intermixing and the resultant phase transition are mainly responsible for the performance degradation of high specific capacity LiNixMnyCo1-x-yO2(NCM)or Li-rich layered oxides as cathodes for lithium-ion batteries. Elemental doping or surface modifications are the main modification approaches. But the modification mechanism is still not very clear. For examples, what are the effects of the elemental doping or surface modifications on cation migration or Li-metal cation intermixing? What kind of cations will intermix with Li? How about the relationship between Li-metal cation intermixing and electrochemical performance? It is significant to clarify these questions for the exploration of new and efficient improvement methods. Neutron is sensitive to light elements (H, Li, et al.) and can distinguish neighbor atoms (Fe, Ni, Co, et al). Herein, this project will be focused on studying the effects of elemental doping (Mg, Al, Na, Ti, Y, et al.) or surface modification (Li-ion conductive Li2M’O3, M’=Ti, Zr, Si, et al.) on cation migration or Li-metal cation intermixing, structure stability and electrochemical performances of LiNixMnyCo1-x-yO2(NCM)or Li-rich layered oxide cathodes via neutron diffraction as well as XPS,SEM/TEM and electrochmical tests. The elemental doping or Li2M’O3 coating-cation migration or Li/M mixing-electrochemical performances relationship will be analyzed and the modification mechanism will be further studied, which will be helpful for the structure design and the performance optimization of LiNixMnyCo1-x-yO2(NCM)or Li-rich layered oxides cathodes for lithium-ion batteries.
阳离子迁移、Li/M(M=过渡金属)交互占位及由其引起的结构相变是影响三元或富锂锰基层状氧化物正极材料性能的重要原因。元素掺杂和表面包覆是两种主要改性方法,但是其改性机理还有待深入研究,如:元素掺杂或表面包覆对Li/M混排有何影响?哪些阳离子会发生迁移或混排?Li/M混排程度与电化学性能之间的关系如何?而弄清这些问题对开发高效改性方法具有重要意义。本项目将利用中子对轻元素敏感、能区分相邻元素等特点,通过中子衍射,并结合XPS、 电镜、电化学测试、阻抗分析等方法研究Mg、Al、 Na、Ti、 Y等元素掺杂和锂离子导体Li2M’O3包覆(M’=Ti、Zr、Si等)对三元或富锂锰基层状正极材料阳离子迁移、Li/M混排、结构稳定性及电化学性能的影响,分析元素掺杂或Li2M’O3包覆-阳离子迁移或Li/M混排-电化学性能之间的内在联系,深入研究其改性机理,并反馈指导正极材料的结构调控与性能优化。
结项摘要
层状氧化物正极材料因比能量高而备受关注。但是,却存在循环稳定性差、倍率性能差等问题。元素掺杂与表面包覆改性是两种重要的改性途径,但是其深层次的改性机理却依然很不清楚,严重制约了高比能锂离子电池的发展。针对这些关键科学问题,本项目借助中子衍射对轻元素敏感、能区分相邻元素等优点,并结合同步辐射、电化学等其它表征方法,系统研究了元素掺杂、Li2M’O3包覆(M’=Ti、Zr、Sn等)及其协同对三元或富锂锰基层状氧化物正极材料阳离子迁移、Li/M混排、结构稳定性及电化学性能的影响,从深层次揭示了其改性机制,提出了一些新的见解和思路,受到了国内外诸多同行专家的关注和引用。这些研究成果不仅对于设计、开发高性能锂离子电池正极材料具有重要指导意义,而且也在很大程度上推动了中子技术在锂离子电池关键正极材料研究中的应用。项目执行期间,累计发表论文25篇,申请专利5项,授权3项,并有一项高比能、高安全性锂离子电池正极材料成果正在商谈落地转化。培养了3名博士生、4名硕士研究生。此外,在此基金项目的基础上,2017年成功申请到了中科院重大仪器专项---高分辨中子中子衍射谱仪的研制,通过研制一台具备多样品环境(电化学、温度、磁场等)的高分辨中子衍射谱仪,进一步提高中子技术的应用水平及利用大科学装置解决关键科学问题的能力。
项目成果
期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Unveiling the Role of Co in Improving the High-Rate Capability and Cycling Performance of Layered Na0.7Mn0.7Ni0.3-xCoxO2 Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries
揭示Co在提高钠离子电池层状Na0.7Mn0.7Ni0.3-xCoxO2正极材料高倍率性能和循环性能方面的作用
- DOI:10.1021/acsami.6b04073
- 发表时间:2016-06-22
- 期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
- 影响因子:9.5
- 作者:Li, Zheng-Yao;Zhang, Jicheng;Liu, Xiangfeng
- 通讯作者:Liu, Xiangfeng
Li-Substituted Co-Free Layered P2/O3 Biphasic Na0.67Mn0.55Ni0.25Ti0.2-xLixO2 as High-Rate-Capability Cathode Materials for Sodium Ion Batteries
锂取代无钴层状 P2/O3 双相 Na0.67Mn0.55Ni0.25Ti0.2-xLixO2 作为钠离子电池高倍率正极材料
- DOI:10.1021/acs.jpcc.5b11983
- 发表时间:2016-05-05
- 期刊:JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
- 影响因子:3.7
- 作者:Li, Zheng-Yao;Zhang, Jicheng;Liu, Xiangfeng
- 通讯作者:Liu, Xiangfeng
Improving the Cycling and Air-Storage Stability of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 through an Integrated Surface/Interface/Doping Engineering
通过集成表面/界面/掺杂工程提高LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的循环和空气存储稳定性
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:Journal of Materials Chemistry A
- 影响因子:11.9
- 作者:Yanwu Zhai;Wenyun Yang;De Ning;Jinbo Yang;Limei Sun;Götz Schuck;Gerhard Schumacher;Xiangfeng Liu
- 通讯作者:Xiangfeng Liu
Zr-doped P2-Na0.75Mn0.55Ni0.25Co0.05Fe0.10Zr0.05O2 as high-rate performance cathode material for sodium ion batteries
Zr掺杂P2-Na0.75Mn0.55Ni0.25Co0.05Fe0.10Zr0.05O2作为高性能钠离子电池正极材料
- DOI:10.1016/j.electacta.2016.12.019
- 发表时间:2017-01-01
- 期刊:ELECTROCHIMICA ACTA
- 影响因子:6.6
- 作者:Li, Zheng-Yao;Gao, Rui;Liu, Xiangfeng
- 通讯作者:Liu, Xiangfeng
Improving the electrochemical performances of Li-rich Li1.20Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 through a cooperative doping of Na+ and PO43- with Na3PO4
通过Na3PO4协同掺杂Na和PO43-提高富锂Li1.20Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的电化学性能
- DOI:10.1016/j.ipowsour.2017.11.042
- 发表时间:2018-02-01
- 期刊:JOURNAL OF POWER SOURCES
- 影响因子:9.2
- 作者:Liu, Yi;Ning, De;Liu, Xiangfeng
- 通讯作者:Liu, Xiangfeng
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其他文献
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土工格栅增强尾矿坝稳定性的数值分析
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- 发表时间:2013
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- 作者:张永利;张瑶;马玉林;苏畅;刘向峰
- 通讯作者:刘向峰
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- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:中国安全生产科学技术
- 影响因子:--
- 作者:安文博;王来贵;陈鹤;刘向峰;李喜林;陈强
- 通讯作者:陈强
露井联采下岩体变形规律
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:辽宁工程技术大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:刘向峰;何峰;王来贵;王振伟
- 通讯作者:王振伟
强开采条件巷道变形破坏与能量转移分析
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:广西大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:肖晓春;刘向峰;吕祥锋;姜春雨;缪海滨
- 通讯作者:缪海滨
特厚煤层坚硬覆岩柱壳结构特征模型及应用
- DOI:10.13247/j.cnki.jcumt.000756
- 发表时间:2017
- 期刊:中国矿业大学学报
- 影响因子:--
- 作者:张宏伟;付兴;于斌;霍丙杰;王来贵;刘向峰;赵娜
- 通讯作者:赵娜
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刘向峰的其他基金
全固态锂电池硫化物固体电解质的合成、调控及多尺度中子散射研究
- 批准号:12375301
- 批准年份:2023
- 资助金额:53 万元
- 项目类别:面上项目
钠离子电池过渡金属层状氧化物正极材料的中子衍射研究
- 批准号:11975238
- 批准年份:2019
- 资助金额:65 万元
- 项目类别:面上项目