中國粉體網(wǎng)訊 隨著新能源汽車的快速發(fā)展,，動力電池的需求也出現(xiàn)快速增長。作為新能源汽車動力電池關(guān)鍵原材料,，鋰電池材料在新能源汽車持續(xù)高增長發(fā)展的背景下,，行業(yè)高景氣度有望延續(xù)。另外,，考慮到此前的補貼機制在2017至2020年期間,，除燃料電池車以外，其他車型補助標準要適當“退坡”的背景,，國內(nèi)各大車企今年下半年很可能會加足馬力沖刺今年的銷售業(yè)績,，而這將進一步釋放鋰電池行業(yè)產(chǎn)能。
根據(jù)我國新能源汽車發(fā)展規(guī)劃測算,，“十三五”期間,，國內(nèi)動力電池總需求在170Gwh左右,；電子數(shù)碼產(chǎn)品對鋰電池的需求增速比較穩(wěn)定，預計消費電池總需求為100Gwh左右,，加上儲能消費電池總需求為30Gwh左右,，合計超過300Gwh。這意味著在“十三五”期間,，鋰電池需求年平均增速將達到25%以上,。
鋰離子電池是當今社會移動電子設(shè)備的必要電源，由正極,、負極,、隔膜,、電解液等組成,，其關(guān)鍵性能指標（如倍率性能和循環(huán)壽命）由正極材料的電化學性能決定。其中正極材料是鋰離子電池四大關(guān)鍵材料之一,，約占電池制造成本的30%,，是決定電池安全、性能,、成本和壽命的關(guān)鍵材料,。在鋰電正極材料領(lǐng)域，全球正極材料的生產(chǎn)主要集中于中日韓三國,，全球約50%的正級材料出貨量集中于中國市場,，約30%集中于日韓市場。
LiFePO4是公認的正極材料,，為提高其電化學性能,，人們長期致力于縮短鋰離子的擴散距離，即減小[010]方向的尺寸,。最近的研究表明,，電極由大量粒子組成，其電化學性能主要依賴于充放電過程中同時參與電化學反應的粒子（活化粒子）占總粒子數(shù)的比例,。因此,，如何獲得具有高活化粒子數(shù)比例的LiFePO4是正極材料研究的關(guān)鍵問題。
針對此問題,，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室高性能陶瓷材料研究部王曉輝課題組在前期研究基礎(chǔ)上（J. Phys. Chem. C 114: 16806 (2010);Phys. Chem. Chem. Phys. 14:2669 (2012); Cryst Eng Commun 16:10112 (2014)）,，通過創(chuàng)造極度缺水的酸性合成環(huán)境，在國際上首次制備出12nm厚的[100]取向LiFePO4超薄納米片,。電壓回滯實驗結(jié)果顯示由該材料構(gòu)成的電極具有迄今為止最小的電壓間隙（voltage gap）,，恒電位間隙滴定測試結(jié)果說明此電極具有高的活化率和轉(zhuǎn)化率，這些結(jié)果表明由[100]取向LiFePO4超薄納米片構(gòu)成的電極具有高的活化粒子數(shù)比例,。因而,，該電極具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)壽命,。在10C（60分鐘/10=6分鐘）充放電倍率下，循環(huán)1000次后能保持初始容量的90%,。在20C充放電倍率下,，容量仍可達到理論容量的72%。該工作為今后進一步提高鋰離子電池倍率性能提供新的方法和視角,，即不僅可以通過減小[010]方向的尺度來縮短鋰離子的擴散距離,，同時還可以通過調(diào)控[100]方向的尺寸來提高鋰離子電池的活化粒子數(shù)比例來提高鋰離子電池倍率性能。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在1月13日出版的Nano Letters (16: 795-799)雜志上,。該工作得到金屬所“引進優(yōu)秀學者”項目和中科院青年創(chuàng)新促進會的支持,。
圖1（a）新合成的樣品和把樣品分散后再滴到非晶硅上的XRD圖譜。（b）圖a的示意圖,。（c,d）LiFePO4的TEM圖,。（e）對應（d）的電子衍射花樣。用高斯函數(shù)擬合LiFePO4晶粒沿著不同方向的尺寸統(tǒng)計數(shù)據(jù),。（f）a軸,，12nm，（g）b軸,，134nm,，（h）c軸，280nm,。
圖2（a）[100]取向,，微波輔助合成以及[010]取向LiFePO4的形貌示意圖。（b）在不同的充放電電流下,，從C/2到C/100,，分別由[100]取向、微波輔助合成,、[010]取向的LiFePO4構(gòu)成的三種電極的電壓間隙,。（c）在LiFePO4中Li化學勢相對于Li分數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系，其中存在一個最大轉(zhuǎn)變勢壘（Δμb）,，定義為極大值和在不相混溶區(qū)中間的化學勢之差,。（d）[100]取向和微波輔助合成LiFePO4電極的恒電位間隙滴定及其擬合實驗數(shù)據(jù)結(jié)果。
根據(jù)我國新能源汽車發(fā)展規(guī)劃測算,，“十三五”期間,，國內(nèi)動力電池總需求在170Gwh左右；電子數(shù)碼產(chǎn)品對鋰電池的需求增速比較穩(wěn)定,，預計消費電池總需求為100Gwh左右,，加上儲能消費電池總需求為30Gwh左右，合計超過300Gwh。這意味著在“十三五”期間,，鋰電池需求年平均增速將達到25%以上,。正極材料技術(shù)的突破，將在未來為我國鋰電池行業(yè)乃至新能源汽車行業(yè)的發(fā)展帶來助力,。
根據(jù)我國新能源汽車發(fā)展規(guī)劃測算,，“十三五”期間,，國內(nèi)動力電池總需求在170Gwh左右,；電子數(shù)碼產(chǎn)品對鋰電池的需求增速比較穩(wěn)定，預計消費電池總需求為100Gwh左右,，加上儲能消費電池總需求為30Gwh左右,，合計超過300Gwh。這意味著在“十三五”期間,，鋰電池需求年平均增速將達到25%以上,。
鋰離子電池是當今社會移動電子設(shè)備的必要電源，由正極,、負極,、隔膜,、電解液等組成,，其關(guān)鍵性能指標（如倍率性能和循環(huán)壽命）由正極材料的電化學性能決定。其中正極材料是鋰離子電池四大關(guān)鍵材料之一,，約占電池制造成本的30%,，是決定電池安全、性能,、成本和壽命的關(guān)鍵材料,。在鋰電正極材料領(lǐng)域，全球正極材料的生產(chǎn)主要集中于中日韓三國,，全球約50%的正級材料出貨量集中于中國市場,，約30%集中于日韓市場。
LiFePO4是公認的正極材料,，為提高其電化學性能,，人們長期致力于縮短鋰離子的擴散距離，即減小[010]方向的尺寸,。最近的研究表明,，電極由大量粒子組成，其電化學性能主要依賴于充放電過程中同時參與電化學反應的粒子（活化粒子）占總粒子數(shù)的比例,。因此,，如何獲得具有高活化粒子數(shù)比例的LiFePO4是正極材料研究的關(guān)鍵問題。
針對此問題,，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室高性能陶瓷材料研究部王曉輝課題組在前期研究基礎(chǔ)上（J. Phys. Chem. C 114: 16806 (2010);Phys. Chem. Chem. Phys. 14:2669 (2012); Cryst Eng Commun 16:10112 (2014)）,，通過創(chuàng)造極度缺水的酸性合成環(huán)境，在國際上首次制備出12nm厚的[100]取向LiFePO4超薄納米片,。電壓回滯實驗結(jié)果顯示由該材料構(gòu)成的電極具有迄今為止最小的電壓間隙（voltage gap）,，恒電位間隙滴定測試結(jié)果說明此電極具有高的活化率和轉(zhuǎn)化率，這些結(jié)果表明由[100]取向LiFePO4超薄納米片構(gòu)成的電極具有高的活化粒子數(shù)比例,。因而,，該電極具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)壽命,。在10C（60分鐘/10=6分鐘）充放電倍率下，循環(huán)1000次后能保持初始容量的90%,。在20C充放電倍率下,，容量仍可達到理論容量的72%。該工作為今后進一步提高鋰離子電池倍率性能提供新的方法和視角,，即不僅可以通過減小[010]方向的尺度來縮短鋰離子的擴散距離,，同時還可以通過調(diào)控[100]方向的尺寸來提高鋰離子電池的活化粒子數(shù)比例來提高鋰離子電池倍率性能。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在1月13日出版的Nano Letters (16: 795-799)雜志上,。該工作得到金屬所“引進優(yōu)秀學者”項目和中科院青年創(chuàng)新促進會的支持,。
圖1（a）新合成的樣品和把樣品分散后再滴到非晶硅上的XRD圖譜。（b）圖a的示意圖,。（c,d）LiFePO4的TEM圖,。（e）對應（d）的電子衍射花樣。用高斯函數(shù)擬合LiFePO4晶粒沿著不同方向的尺寸統(tǒng)計數(shù)據(jù),。（f）a軸,，12nm，（g）b軸,，134nm,，（h）c軸，280nm,。
圖2（a）[100]取向,，微波輔助合成以及[010]取向LiFePO4的形貌示意圖。（b）在不同的充放電電流下,，從C/2到C/100,，分別由[100]取向、微波輔助合成,、[010]取向的LiFePO4構(gòu)成的三種電極的電壓間隙,。（c）在LiFePO4中Li化學勢相對于Li分數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系，其中存在一個最大轉(zhuǎn)變勢壘（Δμb）,，定義為極大值和在不相混溶區(qū)中間的化學勢之差,。（d）[100]取向和微波輔助合成LiFePO4電極的恒電位間隙滴定及其擬合實驗數(shù)據(jù)結(jié)果。
根據(jù)我國新能源汽車發(fā)展規(guī)劃測算,，“十三五”期間,，國內(nèi)動力電池總需求在170Gwh左右；電子數(shù)碼產(chǎn)品對鋰電池的需求增速比較穩(wěn)定,，預計消費電池總需求為100Gwh左右,，加上儲能消費電池總需求為30Gwh左右，合計超過300Gwh。這意味著在“十三五”期間,，鋰電池需求年平均增速將達到25%以上,。正極材料技術(shù)的突破，將在未來為我國鋰電池行業(yè)乃至新能源汽車行業(yè)的發(fā)展帶來助力,。
