项目名称：高性能电化学储能器件及关键材料研究
成果来源：材料科学与工程学院 刘继磊教授课题组
周演时间：2021年7月2日
项目简介：
为了实现2030碳达峰、2060碳中和的“双碳”目标，加快清洁能源转换、能源存储等关键材料及先进器件的开发是实现清洁能源高效利用的关键。课题组围绕清洁能源高效转换与存储等领域开展了大量研究工作，其中在钾离子电池正极材料和高电压锂离子电池电解液的开发及应用上取得了一定突破。
1.高性能钾离子电池正极材料的开发
钾离子电池具有高比能量密度、优异的快充潜能和长期的低成本优势，是最具有发展前景的储能体系之一。项目组立足于开发高能量密度/高功率密度聚阴离子型钾离子电池正极材料，从材料制备工艺、结构分组等方面对正极材料的电化学储钾机理、容量衰减机制开展了创新性研究。发展了一步固相烧结工艺，实现了钒基、锰基、铁基、钛基钾离子电池正极材料的公斤级可控制备；基于原位拉曼结合第一性原理计算揭示了材料相转变规律、电化学储钾机理和容量衰减机制，为后续的材料性能优化提供了理论指导。后期，将在全电池体系，系统研究容量衰减机制及其关键影响因素，优化参数，构筑高性能钾离子电池电芯，并推动其示范和商业化应用。
图1 所合成样品1的XRD图（左上）和SEM图（右上）；所合成样品2的XRD图（左下）和样品展示图（右下）
2.高电压锂离子电池电解液的开发
项目组团队结合高通量理论计算，筛选并设计出系列高电压电解液添加剂，实现了高电压钴酸锂电池、NCM811电池在高温60℃下，稳定循环400次的技术目标；多种原位谱学表征耦合理论计算，阐明了添加剂分子提升电池高温特性的作用机制，为高性能添加剂分子结构设计提供了坚实的理论指导。后期，将进一步评估、优化电解液配方，加快形成成熟的高电压电解液配方产品，推动其在高电压锂电池领域的规模使用。
图2 钴酸锂电池60℃长循环性能测试
图3 刘继磊教授（左二）来中心周演
