锡、锑硫化物@导电聚合物复合负极材料的可控构筑与储钠特性
批准号:
51672234
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
刘黎
依托单位:
学科分类:
无机非金属能量转换与存储材料
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖启振、胡海、袁好、黄志峰、陈晓莹、郭国雄、易玲光、李敏
中文摘要
无资源限制的钠离子电池适用于大规模储能体系,是极具研究价值与应用前景的新型二次电池,然而储钠负极材料一直是其应用瓶颈与研究重点。锡、锑硫化物基于可逆转化与合金化双重储钠机制,具有极高的理论比容量,然而由于其充放电过程中体积变化大、导电性差导致循环稳定性与倍率性能差,严重阻碍了其发展与实际应用。本项目拟设计合成中空/多孔锡、锑硫化物,再采用原位氧化聚合,制备锡、锑硫化物@导电聚合物复合材料。通过微纳化、多孔化、复合化、预钠化与掺杂效应改善材料的电子、离子传导性,缓冲充放电过程中体积变化产生的应力,提高材料的库伦效率,获得具有优异储钠性能的锡、锑硫化物负极材料;运用材料表征及电化学测量技术,结合第一性原理计算方法,研究元素掺杂对其性能的影响,深入探索锡、锑硫化物的储钠失效机理及其与导电聚合物的性能耦合机制,揭示材料的构性关系。本项目将为金属硫化物在钠离子电池中的应用提供理论基础与技术依据。
英文摘要
Sodium-ion batteries (NIBs) have attracted great attentions, particularly in large-scale electric energy storage applications due to the abundance of sodium sources. However, there remains a big challenge to develop high-performance anode materials for NIBs. Based on reversible conversion and alloy reaction, Sn, Sb sulfides have extremely high theoretical specific capacity. Thus, they are considered as promising anode materials for NIBs. However, Sn, Sb sulfides suffer from severe capacity fading and poor rate capability, which derive from the large volume change during the charge-discharge process as well as their poor conductivity. In this proposal, Sn, Sb sulfides with hollow or porous structure will be designed and synthesized. After that, Sn, Sb sulfides@conductive polymer composites will be prepared via in-situ oxidative polymerization. The benefits from micro/nanostructures, porous structure, composites, pre-sodiation, and doping are combined to enhance the diffusion of electrons and ions, to buffer the volume change during cycling, and to improve the coulombic efficiency. In that case, Sn, Sb sulfides@conductive polymer composites are expected to perform excellent electrochemical properties. Material characterizations and electrochemical measurements, combined with first principle calculation, are used to investigate the doping effects, the sodium storage mechanism of Sn, Sb sulfides, as well as the synergistic effects between Sn, Sb sulfides and conductive polymers. This project will provide a theoretical and technical basis for metal sulfides as anode materials for sodium ion batteries.
钠离子电池具有与锂离子电池相似的工作原理,且钠资源丰富,因而在大规模储能领域,钠离子电池被认为是最有可能取代锂离子电池的新型二次电池。负极材料作为钠离子电池的关键组成部分,其性能是其实现广泛应用的瓶颈。锡、锑硫化物基于可逆转化与合金化双重储钠机制,具有极高的理论比容量,然而由于其充放电过程中体积变化大、导电性差导致循环稳定性与倍率性能差,严重阻碍了其发展与实际应用。. 本项目研究了锡、锑硫化物基复合材料的多种制备方法。采用水热法成功制备了Sb2S3空心微米球、采用球磨法成功制备了SnS2/石墨烯复合材料,并采用静电纺丝法制备了Sb2S3/C复合纳米纤维、SnS2/C复合纳米纤维、柔性自支撑的SnS/C复合纳米纤维膜等多种复合材料。此外,还研究了碳材料、导电聚合物、TiO2等多种材料对Sn、Sb基硫化物与化合物的复合改性,研究了材料的储钠机制,阐明了多种复合材料的耦合性能改善机制。制备的SnS/C复合纳米纤维膜作为钠离子电池自支撑电极,在50mA/g的电流密度下循环100次,仍有481mAh/g的放电比容量。此外,SnS/C纳米纤维膜还具有长达500次循环的超长循环寿命。制备的Sb2S3/C复合材料在电压范围为0.01-2.0V(vs.Na/Na+),电流密度为200mA/g时,循环200次后,放电比容量为321mAh/g。. 在本项目资助下,发表了相关SCI 论文11篇,获得了4项国家发明专利授权。培养了硕士研究生11名。
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Hydrothermal synthesis of antimony oxychlorides submicron rods as anode materials for lithium-ion batteries and sodium-ion batteries
水热合成氯氧化锑亚微米棒作为锂离子电池和钠离子电池负极材料
DOI:
10.1016/j.electacta.2017.09.136
发表时间:
2017-11-10
期刊:
ELECTROCHIMICA ACTA
影响因子:
6.6
作者:
[Xie, Jianjun, Pei, Yi, Wang, Xianyou]
通讯作者:
Wang, Xianyou
Template-Free Synthesis of Sb(2)S(3) Hollow Microspheres as Anode Materials for Lithium-Ion and Sodium-Ion Batteries.
无模板合成Sb2S3空心微球作为锂离子和钠离子电池负极材料
DOI:
10.1007/s40820-017-0165-1
发表时间:
2018
期刊:
Nano-micro letters
影响因子:
26.6
作者:
[Xie J, Liu L, Xia J, Zhang Y, Li M, Ouyang Y, Nie S, Wang X]
通讯作者:
Wang X
Synthesis of SnS/C nanofibers membrane as self-standing anode for high-performance sodium-ion batteries by a smart process
智能工艺合成SnS/C纳米纤维膜作为高性能钠离子电池的自支撑阳极
DOI:
10.1016/j.jallcom.2020.155899
发表时间:
2020-11
期刊:
Journal of Alloys and Compounds
影响因子:
6.2
作者:
[Hanxiao Yan, Min Yang, Li Liu, Jing Xia, Yiting Yuan, Junfang Liu, Yue Zhang, Su Nie, Xianyou Wang]
通讯作者:
Xianyou Wang
Layer-by-layered SnS2/graphene hybrid nanosheets via ball-milling as promising anode materials for lithium ion batteries
通过球磨制备的层状 SnS2/石墨烯杂化纳米片作为锂离子电池负极材料
DOI:
10.1016/j.electacta.2018.03.022
发表时间:
2018-04
期刊:
Electrochimica Acta
影响因子:
6.6
作者:
[Jing Xia, Li Liu, Jianjun Xie, Hanxiao Yan, Yiting Yuan, Manfang Chen, Cheng Huang, Yue Zhang, Su Nie, Xianyou Wang]
通讯作者:
Xianyou Wang
Expanded graphite@SnO2@ polyaniline Composite with Enhanced Performance as Anode Materials for Lithium Ion Batteries
性能增强的膨胀石墨@SnO2@聚苯胺复合材料作为锂离子电池负极材料
DOI:
10.1016/j.electacta.2017.04.012
发表时间:
2017-06
期刊:
Electrochimica Acta
影响因子:
6.6
作者:
[Lingguang Yi, Li Liu, Guoxiong Guo, Xiaoying Chen, Yue Zhang, Shuyang Yu, Xianyou Wang]
通讯作者:
Xianyou Wang
共 11 条
高性能钛基氧化物储钾复合负极材料
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:刘黎
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依托单位:
高熵铁基硫/硒化物-碳复合负极材料的可控构筑及储钾机制
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批准号:52372230
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:刘黎
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依托单位:
多元协同掺杂与复合化调控NASICON型AxTi2(PO4)3的储钾特性
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批准号:52072325
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2020
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负责人:刘黎
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依托单位:
球形ACMB/Fe1-xMxF3/C复合锂离子电池正极材料的设计合成、结构调控及电化学性能
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批准号:51202209
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2012
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负责人:刘黎
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依托单位:
国内基金
海外基金