（一）背景

鋰離子電池相對于傳統的鉛酸、鉻鎳和鎳氫電池，具有高能量密度、高電壓、環保安全的優勢。高鎳三元正極材料有著高放電容量、較低的價格等優點，所以被認為是最有前景的正極材料之一。但高鎳正極材料在商業化應用方面出現了一些缺點，如長期循環時容量衰減、熱穩定性較差、高溫儲存壽命短、鋰殘留量高、氣體析出、嚴重的安全隱患等。因此，尋求高能量密度的同時，盡可能減少陽離子混排，提高電池的循環性能和倍率性能是至關重要的。為了解決高鎳三元正極材料首圈容量損失、倍率性能和循環性能較差等問題，常采用元素摻雜等手段對正極材料進行改性。但是，單純的元素摻雜雖然能在一定程度上緩解了富鎳三元電極材料的容量衰減問題，但放電容量仍較低。但是這種方法無法改善正極材料的表面結構，其結構表面仍存在不穩定、過渡金屬溶解、電解液腐蝕等問題。

除電極材料外，固態電解質也是鋰離子電池中一個重要組成部分，它可以替代傳統的液態電解質，提高鋰離子電池的能量密度、安全性和壽命。固態電解質由于其化學/物理缺陷，如電化學不穩定、鋰枝晶穿透及固固界面的不良接觸等，阻礙固態電解質的發展和大規模應用。因此，開發具有高性能、高安全性、高穩定性和低成本的固態電解質迫在眉睫。

（二）技術方案

1、開發鋰離子電池三元正極材料制備新方法

該鋰離子電池包括正極、電解質和負極，正極包括三元正極材料，三元正極材料的制備方法包括：對包含鎳鈷錳三元正極材料前驅體、鋰源與鈮源的反應物進行等離子體球磨，得到均勻混合反應物；在有氧氣存在的條件下，將均勻混合反應物先進行一階段煅燒，再進行二階段煅燒，得到產物 A；至少將所述產物 A 與表面活性劑、導電聚合物和有機溶劑混合均勻，進行干燥處理后，得到三元正極材料。通過等離子體球磨獲得鈮均勻分布的三元正極材料，并結合 Nb 摻雜和導電聚合物包覆的協同效應，增強層狀晶體結構，降低陽離子混排，抑制界面副反應和表面相變，促進鋰離子電池循環和倍率性能提升。

2、開發具有高性能、高安全性、高穩定性和低成本的固態電解質通過設計 ZnO 摻雜的聚偏氟乙烯（PVDF）復合固態電解質，實現低阻抗、高穩定性的電解質——鋰金屬界面。復合固態電解質表現出高的離子電導率（3×10-4 S cm-1），在 1.0 mA cm-2的大電流密度下，可以穩定循環到 350 小時以上。通過形貌和化學表征，確認 ZnO 的電化學活性和親鋰性質可以誘導形成穩定電解質——鋰金屬中間層。基于此復合固態電解質匹配高壓三元鎳鈷錳正極也可以呈現出高的放電比容量和長循環穩定性。本研究為復合固態電解質界面和電化學穩定性問題提供了一個簡單有效的解決方案，為實現低成本高性能復合固態電解質提供一個新的研發方向。

創新點

1、通過先進工藝獲得鈮均勻分布的三元正極材料，并結合 Nb 摻雜和導電聚合物包覆的協同效應，增強層狀晶體結構，降低陽離子混排，抑制界面副反應和表面相變，促進鋰離子電池循環和倍率性能的提升。

2、通過設計 ZnO 摻雜的聚偏氟乙烯（PVDF）復合固態電解質，實現低阻抗、高穩定性的電解質－鋰金屬界面。基于此復合固態電解質匹配高壓三元鎳鈷錳正極也可以呈現出高的放電比容量和長循環穩定性。