科创中国

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项目简介

        高电压锰系尖晶石型材料是颇具前景的锂离子电池正极材料，与钴酸锂相比，其输出电压高、成本低、环境友好；与磷酸亚铁锂相比，其制备工艺简单，生产批次稳定性好。本项目开发出高性能尖晶石型锰系电池正极材料微纳结构LiNi_0.5Mn_1.5O₄。利用“一步固相合成法”和“溶胶凝胶法”获得的材料具有晶相纯度高、颗粒规整、振实密度大、高电压区间容量高，倍率性能好等特点。

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项目特色

开发了“一步固相合成法”和“溶胶凝胶法”用于LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备。制备方法工艺简单，易于放大生产，制备的材料晶相纯度高、形貌规整可调（八面体、棒状、球形等）、高电压4.75V比容量高于125mAh ·g^-1、倍率性能好（20C放电容量高于110mAh·g^-1，50C放电容量高于100mAh·g^-1）、长周期循环性能突出（5C下循环500圈容量保持率大于90%）等特点。

                                  X射线衍射晶体结构分析

扫描电子显微镜分析

                                          LiNi_0.5Mn_1.5O₄与金属锂负极

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市场应用前景

本项目已获得多项专利授权，南开大学拥有自主知识产权。镍锰酸锂尖晶石可与钛酸锂组成3.2V电池。这种电池具有高安全、高倍率、快充放、耐宽温、长寿命等特性，可广泛应用于新能源汽车、通讯基站、电网调频、轨道交通、船舶岸电、家庭住宅、军事科研等动力电池和储能领域，具有广阔的市场前景和商业应用价值。

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应用技术成果

                                         组成的扣式电池循环性能

在实验室已完成LiNi_0.5Mn_1.5O₄电池正极材料公斤级的制备、模型电池制作与性能初步评估，期望与相关企业合作进行中试放大和转化应用。