锂浆料电池电极材料的制备方法与柔性接触导电网络模型研究

Slurry batteries have been developed as a new type of energy storage battery technology in recent years. Due to their unique structure which breaks the bottleneck of traditional lithium ion batteries, slurry batteries are widely used in electric vehicles and smart grid. Fabrication of slurry electrode with good conductive network is the key to improve the rate capability of slurry batteries. In the present work, the following key problems are aimed to be solved: 1. Establish the model of hybrid electrode materials with flexible conductive coating layer to clarify the relationship between conductivity and pressure. 2. Develop the flexible-contact conductivity model for slurry batteries, and explore the relationship between active materials, slurry system and conductivity. 3. On the above basis, use polymer –assist strategy to bond carbon nanotubes onto the surface of active materials, and realize the adjustment and control of their structures. Through this work, we would like to develop the structure-function relationship between the slurry system and their electrochemical performances. In addition, through the optimal design of the hybrid active materials, the high-performance slurry battery can be achieved which possess high scientific significance and application value.

锂浆料电池是近年来开发的一种新型储能锂电池技术，其独特的浆料储能方式解决了传统锂电池难以回收处理的问题，在电动车和智能电网领域应用前景广阔。制备具有良好网络导电特性的浆料电极是提升电池倍率性能的关键，而柔性接触导电模式将是该方向的重要技术突破。因此，本项目拟重点解决以下关键科学问题：1. 建立具有柔性导电包覆层的复合活性物质模型，明确该模式下的电极材料粉体电导率与压力敏感性的关系；2. 建立浆料体系的柔性接触导电网络模型，厘清活性物质-浆料体系-电导率之间的关系；3. 以上述模型为指导，通过高分子粘结碳纳米管包覆活性物质的方法实现具有柔性导电包覆层结构的复合活性物质的可控制备和浆料电极的性能优化。通过本项目的研究，有望明确电极浆料结构与电化学性能的关系规律，实现高性能浆料电极的制备与应用，项目工作对于锂浆料电池的技术发展具有重要的科学意义和应用价值。

锂浆料电池是近年来开发的一种新型储能锂电池技术，其独特的浆料储能方式解决了传统锂电池难以回收处理的问题，在电动车和智能电网领域应用前景广阔。制备具有良好网络导电特性的浆料电极是提升电池倍率性能的关键，而柔性接触导电模式将是该方向的重要技术突破。本项目针对锂浆料电池电极材料的制备方法与柔性接触导电网络模型开展研究。1、建立了具有柔性导电包覆层的活性物质电子电导率-压力敏感性、不同粉体状态对其压强-压实密度-电导率关系。获得了复合活性物质的柔性接触导电模型经验公式，明确了具有高电子电导了-压力敏感性的复合活性物质制备准则。建立了浆料电极的动态稳定性模型，明确了其中各组分的最优配比关系，为新型浆料体系的锂浆料电池性能提升提供了理论基础。2、制备了具有柔性导电复合包覆层的活性物质，并对其表面包覆层组成、厚度、微观结构进行了调控，提升了复合活性物质在浆料电极体系中的接触导电效率。实现了负极活性物质表面改性，提高了其在浆料体系中的界面稳定性。以柔性导电包覆层结构为指导，制备了具有“火龙果状”和“花状”纳米结构的新型复合活性材料，所制备的材料在容量发挥及倍率性能方面都得到了改进。3、厘清了浆料电极电化学反应原理，明确了各组分配比关系对电荷转移阻抗等性能的影响规律。获得了新型浆料体系中负极界面的嵌锂-析锂竞争关系，以及浆料态正极-负极反应速率匹配关系，为锂浆料电池的安全使用指定了边界条件。开发了具有柔性导电包覆结构的复合活性物质批量制备技术，在不同容量等级的锂浆料电池器件中验证了电化学性能。在本项目成果的支持下，团队研发的锂浆料电池产品已经在小型光伏路灯系统及低速电动车上实现了测试应用，电化学性能及安全性能通过第三方测试。