推荐单位

秦皇岛市科技局

项目简介

国家“十四五”规划提出储能技术创新和产业化发展目标，推动车载与储能电站用动力锂离子电池系统迅猛发展，开发低成本、高能量密度、高输出功率和高安全性动力电源用正极材料尤为迫切。近年来磷酸铁锂由于成本拐点的率先突破，成为蓄电池首选正极材料。但是，磷酸铁锂对锂电压偏低（3.5V）、理论容量较小导致的电池能量密度偏低仍然是铁锂迈向高端市场的阻碍。高电位正极材料LiMnPO₄理论容量与LiFePO₄相同，但工作电压较后者高0.7V，理论能量密度比LiFePO₄高35%，比LiCoO₂高10%，而成为备受瞩目的新一代动力电池正极材料。目前LiMnPO₄存在锂离子导电性低和电子导电性差以及Jahn-Teller效应导致晶格畸变及MnPO₄/LiMnPO₄两相动力学障碍等问题。

   针对磷酸锰锂基材料在研究和实用化过程中存在问题，研发磷酸锰锂基锂离子电池正极材料结构调控与制备关键技术，大幅提高其在动力锂电池领域规模化应用的竞争力。主要创新如下：1）多位离子固溶掺杂调控体相微结构，研制出了高功率和大容量型磷酸锰锂基系列正极材料；2）开发了不同碳源在磷酸锰锂基材料粉体表面包覆的原位生长工艺，实现电子电导相表面复合调控，研制出多种磷酸锰锂基/碳复合正极材料；3）引入具有锂离子传导性的纳米氧化物与磷酸锰锂基材料异相复合结构调控，以非常规复合效应提高复合电极锂离子电导率，增强动力型锂电池低温性能和快速充放电性能； 4）开发了低温冷冻干燥技术制备三维多孔磷酸锰锂基粉体，特殊介质环境中电沉积合成磷酸锰锂基正极材料，实现了高倍率充放电和提高了循环稳定性，提高电化学性能。

本项目自主创新研发的磷酸锰锂基正极材料解决了综合电导率与振实密度低、脱锂过程中结构畸变等关键技术难题，制备出了适合电池工业应用的高功率和大容量的LiMnPO₄正极材料，技术经济指标：典型样品振实密度>1.5g/cm³，二次粒径D50~4~10μm，D90＜18μm，比容量>145mAh/g（室温、0.5C），循环2000 次容量衰减小于10%，可实现放电倍率≥10C。主要原料通过省级产品质量检测，所组装的商业电池模块，安全性能方面优，电池挤压、撞击测试均通过，针刺不起火、不爆炸，通过国家级鉴定单位的13项检测项目，产品通过了UL/UN/CB等测试认证。

本项目核心技术获授权发明专利6项，发表SCI论文4篇。在国内多家正极材料和电池企业应用，改性磷酸锰锂技术应用于甘肃大象能源科技有限公司，近三年销售额3.9亿元，经济效益显著。生产的正极材料已被锂离子电池企业如惠州纬世新能源、湖南泰和美新能源、重庆佳宝成能源、江西力能新能源、泉州市因泰电池、吉安优特利等使用，近三年销售额8.2亿元。成果的推广有力地促进了我国动力型锂电池用正极材料产业整体技术和装备水平的提高，为我国新能源汽车及大规模储能产业的科技进步做出重大贡献。

主要完成单位

序号

单位名称

创新推广贡献

1

东北大学秦皇岛分校

本校多年来为项目提供了大量的硬软件支持，建立了“先进能源化学与材料应用”创新团队，本实验室经过积累已经拥有多台高、中温型箱式电阻炉、管式气氛炉、箱式气氛炉、高压反应釜、自压式压力溶弹、水浴、油浴反应器和行星式球磨机等一套完整的材料制备设备，可以完成固相法、湿化学法等各种方法的材料合成工作；拥有真空干燥箱、流延机、惰性气氛操作箱、电池循环测试系统、电化学工作站等专业设备仪器，可以完成电极制备、电池装备和电化学性能测试。支持项目成员教师科研成果转化，为本项目技术创新和应用做出了突出的贡献。

2

甘肃大象能源科技有限公司

本企业作为本项目正极材料产业化具体实施单位，作为完成单位参与了“动力锂电池用磷酸锰锂基正极材料微结构调控关键技术及应用”成果评价，组织实施了基于4个创新点的磷酸锰锂正极材料项目的产业化实施转化，成为甘肃省首家锂离子电池正极材料生产企业，建有省级工程技术研究中心，是国家高新技术企业，是国家级专精特新“小巨人”企业。为本项目技术创新和应用作出了突出的贡献。

3

北京工业大学

本校作为本项目正极材料主要参与研发单位，建立了能源材料实验室，作为完成单位参与了“动力锂电池用磷酸锰锂基正极材料微结构调控关键技术及应用”成果评价。为本项目技术创新和应用作出了突出的贡献。

4

渤海大学

本校作为本项目正极材料主要参与研发单位，建立了能源材料实验室，作为完成单位参与了“动力锂电池用磷酸锰锂基正极材料微结构调控关键技术及应用”成果评价，主要完成了创新点2和3的研发工作。为本项目技术创新和应用作出了突出的贡献。

5

惠州市纬世新能源有限公司

本企业作为本项目动力电池产业化具体实施单位，作为完成单位参与了“动力锂电池用磷酸锰锂基正极材料微结构调控关键技术及应用”成果评价，组织实施了基于4个创新点的磷酸锰锂正极材料的锂离子电池的产业化实施，成为国家高新技术企业，是广东省专精特新企业。为本项目技术创新和应用作出了突出的贡献。

推广应用及经济社会效益情况

在国内多家正极材料和电池企业应用，改性磷酸锰锂技术应用于甘肃大象能源科技有限公司，近三年销售额 3.9 亿元，经济效益显著。生产的正极材料已被生产锂离子电池的企业如惠州市纬世新能源有限公司、深圳格林德能源集团有限公司、重庆佳宝成能源科技有限公司、江西力能新能源科技有限公司、泉州市因泰电池有限公司、江西量子新能源科技有限公司等使用，近三年销售额8.2亿元。成果的推广，有力地促进了我国动力型锂电池用正极材料产业整体技术和装备水平的提高，为我国新能源汽车及大规模储能产业的科技进步做出重大贡献。

主要知识产权和标准规范等目录

获得授权发明专利6项，在国内外期刊发表论文4篇，均被SCI收录。

主要知识产权：

1、罗绍华，闫绳学，刘欢，刘颖颖，于顺志，祁鸿飞，王庆，王志远，张亚辉，刘延国，郝爱民。一种金属元素共掺杂的磷酸锰锂/碳复合正极材料及其制备方法，专利号：201711138248.4。

2、罗绍华 ，闫绳学，刘欢，于顺志，刘颖颖，祁鸿飞，王庆，王志远，张亚辉，刘延国，郝爱民。一种稀土元素共掺杂的磷酸锰锂/碳复合正极材料及其制备方法，专利号：201711137428.0。

3、罗绍华 ，李俊哲，闫绳学，冯建，王志远，王庆，张亚辉，刘延国，郝爱民。一种磷酸锰锂/碳复合正极材料、其制备方法和锂离子电池，专利号：201810394666.8。

4、罗绍华 ，李俊哲，孙阳，王庆，王志远，张亚辉，刘延国，郝爱民，丁学勇。一种三维多孔磷酸锰锂、其制备方法及用途，专利号：201710650719.3。

5、罗绍华 ，李俊哲，王庆，王志远，张俊，刘彩玲，黄红波，包硕，黎耀文，张亚辉，郝爱民，刘延国，丁学勇。一种纳米级磷酸锰锂的制备方法，专利号：201710322130.0

6、罗绍华 ，李俊哲，王庆，张俊，刘彩玲，黄红波，王志远，包硕，张亚辉，黎耀文，丁学勇，刘延国，郝爱民。一种制备纳米级磷酸锰锂的方法，专利号：201710322480.7。

论文：

1、Jun Zhang, Shao-Hua Luo, Li-Li Sui, Ying-Ying Sun, Ya-Hui Niu . Co-precipitation assisted hydrothermal method to synthesize Li_0.9Na_0.1Mn_0.9Ni_0.1PO₄/C nanocomposite as cathode for lithium ion battery[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018.768: 991-994. SCI 收录WOS:000446320700116。

2、Shi-yuan Cao, Long-jiao Chang, Shao-hua Luo, Xiao-long Bi, An-lu Wei, Jia-nan Liu . Investigations on preparation and electrochemical performance optimization of LiMnPO₄/C composites with high tap density[J]. Part. Part. Syst. Charact. 2021,39: 2100203. SCI 收录WOS:000734345000001。

3、Junzhe Li, Shaohua Luo, Xueyong Ding, Qing Wang, Ping He. Three-dimensional honeycomb-structural LiAlO₂‑modified LiMnPO₄ composite with superior high rate capability as Li-Ion battery cathodes[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 10786−10795. SCI 收录WOS:000429625400021。

4、Jun Zhang, Shaohua Luo, Longjiao Chang, Shuo Bao, Jianan Liu, Aimin Hao, Zhiyuan Wang, Yanguo Liu, Qian Xu, Yuchun Zhai . In-situ growth of LiMnPO₄ on porous LiAlO₂ nanoplates substrates from AAO synthesized by hydrothermal reaction with improved electrochemical performance[J]. Electrochimica Acta, 2016,193: 16–23. SCI 收录WOS:000371471900003。

主要完成人情况表（排名、姓名、技术职称、工作单位、对本项目技术创造性贡献、曾获奖励情况）

序号

姓名

技术职称

工作单位

完成单位

贡献

曾获奖情况

1

罗绍华

教授

东北大学秦皇岛分校

东北大学秦皇岛分校

作为项目负责人，主要承担了四个创新点的整体实验设计、具体实验工作及任务布置、数据整理、结果分析和撰写专利及论文等工作，以及磷酸锰锂综合改性产业化实施工作。

2019年 教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）科学技术进步奖二等奖，2018年 中国有色金属工业科学技术奖一等奖（发明），2019年第二十一届中国专利优秀奖，2018年 河北省科技进步二等奖，2015年 河北省技术发明三等奖，2012年 河北省科技进步二等奖

2

诸葛福长

工程师

甘肃大象能源科技有限公司

甘肃大象能源科技有限公司

作为正极材料项目产业化实施负责人，主要承担四个创新点的中试工作及任务布置等工作，磷酸铁锂综合改性产业化实施工作,共同完成了成果评价。

2019年第二十一届中国专利优秀奖，2019年 教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）科学技术进步奖二等奖， 2015年河北省技术发明三等奖，2012年河北省科技进步二等奖

3

李洪义

教授

北京工业大学

北京工业大学

作为正极材料项目主要参与人，主要参与了具体创新点的实验设计、具体实验工作及任务布置、数据整理、结果分析等工作,共同完成了成果评价。

无

4

王 庆

副教授

东北大学秦皇岛分校

东北大学秦皇岛分校

作为正极材料项目主要参与人，主要参与了四个创新点的实验设计、实验工作、数据整理、结果分析、撰写专利及论文等工作,共同完成了成果评价。

2019年 教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）科学技术进步奖二等奖，2018年 中国有色金属工业科学技术奖一等奖（发明），2018年 河北省科技进步二等奖

5

常龙娇

副教授

渤海大学

渤海大学

作为正极材料项目主要参与人，主要参与了第2和3创新点的实验设计、实验工作、数据整理、结果分析和撰写论文等工作,共同完成了成果评价。

无

6

肖世玲

工程师

惠州市纬世新能源有限公司

惠州市纬世新能源有限公司

作为本项目正极材料制造动力锂离子电池产业化实施负责人，主要承担四个创新点对应锂离子电池中试工作及任务布置等工作，高性能锂离子电池的产业化制造实施工作,共同完成了成果评价。

2019年第八届中国创新创业大赛成长组全国总决赛，并获得三等奖（全国第4名），2019年度广东省“三八红旗手”称号，2021年粤港澳大湾区女性科技创新大赛第4名

7

闫绳学

博士生

东北大学秦皇岛分校

东北大学秦皇岛分校

作为正极材料项目主要参与人，主要参与了第1、第2和3创新点的实验设计、实验工作、数据整理、结果分析和撰写专利及论文等工作,共同完成了成果评价。

无

8

李俊哲

讲师

安徽工业大学

东北大学秦皇岛分校

作为正极材料项目主要参与人，主要参与了四个创新点的实验设计、实验工作、数据整理、结果分析和撰写专利及论文等工作,共同完成了成果评价。

无

9

张俊

讲师

沈阳医学院

东北大学秦皇岛分校

作为正极材料项目主要参与人，主要参与了第1、第3和4创新点的实验设计、实验工作、数据整理、结果分析和撰写专利及论文等工作,共同完成了成果评价。

无

10

李辉

正高级工程师

甘肃大象能源科技有限公司

甘肃大象能源科技有限公司

作为正极材料项目产业化具体实施人，主要承担四个创新点的中试工作及任务布置等工作，磷酸铁锂综合改性产业化实施工作,共同完成了成果评价。

2019年第二十一届中国专利优秀奖，2019年 教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）科学技术进步奖二等奖，2018年 中国有色金属工业科学技术奖一等奖（发明），2018年 河北省科技进步二等奖，2015年 河北省技术发明三等奖，2012年 河北省科技进步二等奖

1

共同立项

罗绍华/1,李辉/5

2014.01-2017.12

结题证明

国家自然奖基金委结题证书

2

共同知识产权

罗绍华/1, 李俊哲/2,闫绳学/3,王庆/8

2017.11-2020.09

一种金属元素共掺杂的磷酸锰锂/碳复合正极材料及其制备方法

专利证书

3

共同知识产权

罗绍华/1, 李俊哲/2,闫绳学/3,王庆/8

2017.11-2020.03

一种稀土元素共掺杂的磷酸锰锂/碳复合正极材料及其制备方法

专利证书

4

共同知识产权

罗绍华/1, 李俊哲/2,闫绳学/3,王庆/6

2018.04-2020.09

一种磷酸锰锂/碳复合正极材料、其制备方法和锂离子电池

专利证书

5

共同知识产权

罗绍华/1, 李俊哲/2,王庆/3,张俊/5

2017.05-2019.07

一种纳米级磷酸锰锂的制备方法

专利证书

6

共同知识产权

罗绍华/1, 李俊哲/2,王庆/3,张俊/4

2017.05-2019.01

一种制备纳米级磷酸锰锂的方法

专利证书

7

共同知识产权

罗绍华/1, 李俊哲/2,王庆/4

2017.08-2020.07

一种三维多孔磷酸锰锂、其制备方法及用途

专利证书

8

论文合著

张俊/1,罗绍华/2

2015.05-2018.07

Co-precipitation assisted hydrothermal method to synthesize Li_0.9Na_0.1Mn_0.9Ni_0.1PO₄/C nanocomposite as cathode for lithium ion battery

文章，检索证明

9

论文合著

常龙娇/2,罗绍华/3

2014.01-2021.12

Investigations on preparation and electrochemical performance optimization of LiMnPO₄/C composites with high tap density

文章，检索证明

10

论文合著

李俊哲/1,罗绍华/2,王庆/4

2017.04-2018.03

Three-dimensional honeycomb-structural LiAlO₂‑modified LiMnPO₄ composite with superior high rate capability as Li-Ion battery cathodes

文章，检索证明

11

论文合著

张俊/1,罗绍华/2,常龙娇/3

2015.05-2016.01

In-situ growth of LiMnPO₄ on porous LiAlO₂ nanoplates substrates from AAO synthesized by hydrothermal reaction with improved electrochemical performance

文章，检索证明

12

科技成果评价

罗绍华,诸葛福长,李洪义,王庆,常龙娇,肖世玲,闫绳学,李俊哲,张俊,李辉

2022.07.10

“动力锂电池用磷酸锰锂基正极材料微结构调控关键技术及应用”项目的科技成果评价

成果评价