昆明理工大学锂离子电池正极材料技术达成新突破

革新成就星光灿烂！日前，云南科技厅宣教中心组织中央驻滇及省内主要媒体记者，集中采访部分获2020年度云南科技奖项目，接续推出“获奖成就”专题报道。与读者一块领会科技职员坚持“四个面向”，迎难而上，朝着最紧急、最急迫的问题奋勇攀登，勇担达成高水平科技自立自强年代重任的心路经历，展示革新的精彩！驱动进步的动力！

革新成就星光灿烂！日前，云南科技厅宣教中心组织中央驻滇及省内主要媒体记者，集中采访部分获2020年度云南科技奖项目，接续推出“获奖成就”专题报道。与读者一块领会科技职员坚持“四个面向”，迎难而上，朝着最紧急、最急迫的问题奋勇攀登，勇担达成高水平科技自立自强年代重任的心路经历，展示革新的精彩！驱动进步的动力！

伴随电动汽车的普及，电动汽车等新能源产业成为进步热门。锂离子电池适用于电动汽车的动力系统，现在市面上六七成的动力电池正极材料用的是三元材料。三元正极材料相比钴酸锂电池材料具备价廉、低毒、高比容量等优点，是最具备应用前景的动力电池正极材料之一。然而，低镍三元材料迅速充放电性能差、高镍三元材料结构不稳定等问题紧急制约了三元材料的规模化应用。

怎么样突破大容量、高安全、长寿命三元正极材料的技术瓶颈？昆明理工大学教授、锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室主任张英杰及其团队给出了答案—高性能多元氧化物电极材料重要制备技术。团队凭着“高性能多元氧化物电极材料重要制备技术与应用”项目，获2020年度云南科技奖技术创造奖一等奖。
“三元正极材料就像储存能量的‘房屋’，大家的工作就是研究如何优化‘房屋’的结构，让它变得更好住、更安全、使用年限更长。”昆明理工大学冶金与能源工程学院副教授段建国讲解道。

2007年，张英杰团队开始了电化学储能方向的研究，当时市面上商用的锂电池只有钴酸锂电池。但因为钴资源稀缺、难冶炼、价格昂贵且有毒，所以当时电化学储能范围的研究热门是开发钴酸锂的替代材料。在此契机下，团队开始尝试基于电化学原理，研究突破钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等电池材料中的每个技术瓶颈。而三元正极材料在应用过程中存在两大难点：低镍三元材料倍率性能不好，也就是迅速充放电的性能不好；高镍三元材料容量高，但结构稳定性能、热稳定性能不好。

明确问题，对症下药。团队从稳定晶面暴露和调控颗粒团聚两个角度，自主研发出两种具备革命性的革新技术：超声波-表面活性剂辅助技术，提升了低镍三元材料的大倍率充放电性能；颗粒结构定向调控技术，提高了高镍三元材料结构稳定性和热稳定性。

运用此技术生产的电池商品振实密度、放热起始温度（239℃）都高于国内外相同种类商品。除此之外，电池1C容量达到184.6mAh/g，循环1000次容量维持率为93.8%，60℃下存储30天，容量维持率和恢复率分别为91.1%和97.6%，均高于相同种类商品。这类参数意味着如此的电池安全性更好、循环寿命更长。综合权威评价，项目整体技术达到了国际领先水平。

技术突破后，团队又着眼于将创造成就转化为实实在在的经济、社会和环境效益。从2016年开始，团队不只与省内企业打造合作，还把“手”伸到了省外。非常快，这项技术在云南能投汇龙科技公司、深圳雄韬电源科技股份公司等6家企业得到了应用，3年间，为企业增收近6亿元。成就的转化应用，不只为企业增收，也促进了云南当地资源优势和技术优势转化为产业优势，更为全球范围内高能量密度、长寿命的储能体系研发提供经验参考。

十余年间，从无到有，从“单枪匹马”到“桃李满天下”。回忆起技术创造的过程，张英杰感慨道：“我刚到昆工的时候，一台设施、一个实验室都没，甚至一个实验桌都没，而目前，大家拥有了非常不错的基础条件。”现在，走进昆明理工大学锂离子电池实验楼，整齐陈列在橱柜里的各式电池样本和一瓶瓶高纯试剂引入眼帘，身着“白大褂”的学生们在精密的实验仪器间穿梭，甚至能看到样板工厂。“大家念书的时候，张老师已经把平台搭建得非常不错了，她说大家是‘拿着绸子布学裁缝’的一辈人。”段建国看着眼前的所有说到。

栽下梧桐树，引得凤凰来。张英杰先后牵头成立了6个国家级、省部级科研平台，组建起锂离子电池研究团队、固体氧化物燃料电池团队、燃料电池研究团队、废旧电池收购团队，团队成员来自五湖四海、各有千秋。现在，团队已拥有6名高水平学术带头人、9名中年轻人学术骨干、18名年轻人教师和实验技术职员，培养出博士后6名，博士研究生15名，硕士研究生60余名。