锂离子电池是目前应用最为广泛的二次电池，需求范围遍及电子产品、信息产业、能源交通和军工国防，2003年全球销售额已近40亿美元，而且需求仍急剧增长。新型负极材料的研发直接关系到锂离子电池的性能、安全性和成本。本课题以高容量、大功率纳米复合负极材料为主要研发目标，在高性能锂离子电池用负极材料的设计、研制和产业化方面取得了以下进展：
突破了纳米碳管/纳米炭纤维的控制制备和分散技术，研制出纳米碳管/纳米炭纤维复合负极材料，有效提高了电池的动力学性能和循环性能；研制出形状规整、尺寸可控的纳米孔硬碳球，使锂既可以储存在石墨层间也可储存在纳米孔中；首次提出氧化铬锂离子电池负极材料，具有容量高、成本低等优点；首次设计、研制了元宵结构负极材料，其同时具有高容量和良好的循环性能；首先研制出原位复合的纳米-微米复合负极材料，既有效利用了材料的纳米尺度效应又降低了成本。研制负极材料的容量达到600 mAh/g，约为现有商品化负极材料的1.8倍，且500次循环后容量衰减小于20%；利用研制的纳米负极材料组装了35安时的高功率电池，功率密度高达1500W/kg ；18650型和3450型电池能量密度达238Wh/kg, 且循环性良好。以上研发工作均拥有自主知识产权，电极、电池综合技术指标达到或超过国际先进水平。
开展材料设计研发工作的同时，在合作承担本课题的企业中进行了高性能负极材料的产业化，已建成高性能负极材料年产110吨的生产线，其中纳米碳管/纳米炭纤维年产能20吨，纳米孔硬碳球年产能60吨，元宵结构负极年产能30吨。以上中试及工业化生产设备的设计制造工作为进一步扩大负极材料产能，实现实用化奠定了基础。
本课题申请和获得发明专利11项，其中包括获得国际专利（欧洲、美国）授权一项；金属研究所项目组以“一种改性的锂离子电池负极材料、负极及电池”技术作价100万元参股设立深圳市金润能源材料有限公司；物理研究所项目组与联想集团增资扩股组建苏州星恒电源有限公司；本课题共计完成科技成果7项。
综上，在863计划的支持下，本课题成功研发出高性能锂离子电池用纳米复合负极材料，完成了相关材料的中试和产业化前期准备工作，取得了多项拥有自主知识产权且具有国际先进水平的研究成果。本项目的最终产业化必将提升我国在锂离子电池产业领域及相关民用消费电子产品的国际竞争力，并满足我国军工、国防等领域对高能量密度二次电池的需求，从而产生显著的经济和社会效益。
高容量、大功率锂离子电池用纳米负极材料的研制与开发
2015-11-02 11:19:00
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