商用石墨負極存在與電解液相容性差，不可逆容量較大，循環(huán)穩定性能差，大電流充放電性能差等缺點(diǎn)，制約了石墨作為鋰電池負極材料的進(jìn)一步應用，有必要對石墨負極進(jìn)行改性處理。因此，本項目團隊開(kāi)發(fā)一種采水熱處理和兩步煅燒工藝制備出氮硫雙摻雜多孔石墨烯/天然石墨復合材料，并采用與之匹配的固態(tài)電解質(zhì)，規?；苽淞水愒訐诫s碳基固態(tài)動(dòng)力電池。
為適應產(chǎn)業(yè)化需求，減少生產(chǎn)成本，使用較為高效環(huán)保的尿素、硫代乙酰胺和抗壞血酸等作為摻雜劑和還原劑，利用一步法水熱成功制備出少量氮硫共摻雜石墨烯改性天然石墨復合材料。天然石墨粒子被分散在具有豐富孔結構的 3D 石墨烯結構中，且它的獨特結構可以提供超快的電子轉移，電解質(zhì)運輸以及穩定的結構。這里制備的 N、S 共摻雜石墨烯/石墨作為免導電劑的負極材料用于鋰離子電池，大大增強了它的電化學(xué)性能。同時(shí)為提高固體電解質(zhì)的離子電導率與電極的界面相容性，采用溶液澆注法制備了不同 LAGP-PEO-LiX 體系固體復合電解質(zhì)，確定了具有最佳綜合性能的固體復合電解質(zhì)的制備工藝并將其應用于全固態(tài)電池當中，研究了其電化學(xué)性能，為產(chǎn)業(yè)化制備提供條件。
為實(shí)現產(chǎn)業(yè)化制備，項目負責團隊探討了異原子摻雜碳基復合材料作負極的漿料配方和制漿方法。并對與異原子摻雜碳復合負極材料相匹配的電解液體系進(jìn)行了研究，獲取了具有較好安全性和與之匹配性好的電解液體系。在項目執行期內，負責團隊與合作企業(yè)江蘇福瑞士有限公司完成了對異原子摻雜碳基固態(tài)動(dòng)力電池投產(chǎn)運行。
目前，該項目研發(fā)出的異原子摻雜碳材料的比容量可達到350mAh/g 以上，全固態(tài)電池比能量大于 180 Wh/kg，循環(huán)壽命大于 3200 次，-20℃放電容量比超過(guò) 75%。
