离子辐照硅基薄膜作为大容量高功率锂离子电池负极材料研究

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基本信息

  • 批准号：
    11179038
  • 项目类别：
    联合基金项目
  • 资助金额：
    48.0万
  • 负责人：
    贺德衍
  • 依托单位：
    兰州大学
  • 学科分类：
    A3203.兰州重离子加速器
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2014-12-31

项目摘要

致力于解决硅薄膜在嵌锂－脱锂时的体积膨胀问题和提高薄膜的电导率、制备出性能优异的锂离子电池，提出了研究用离子辐照膜厚大于2微米的Si基薄膜作为负极材料。Si基薄膜用甚高频等离子体CVD生长在金属衬底上，重离子辐照实验在兰州重离子加速器的辐照装置上开展。以离子辐照后的Si基薄膜作为负极材料组装出锂离子电池，对电池的比容量和大电流充放电循环稳定性做全面的评价。通过系统研究离子辐照效应，优化Si基薄膜的生长条件以及辐照离子的能量和剂量等，调控Si基薄膜中纳米晶粒、纳米空洞的大小和分布，调控生长原位掺杂或辐照注入掺杂的浓度和分布，深入研究Si基薄膜的结构对电池性能的影响，有望制备出大容量、高功率、长寿命（在5 A/g的充放电电流下循环200次后，比容量高于2000 mAh/g）的锂离子电池，为发挥大科学装置的综合平台效能和Si基薄膜锂离子电池的研发提供可靠的基础实验数据和有价值的技术方案。

结项摘要

本项目以制备出性能优异的锂离子电池硅阳极为目标，重点研究了用离子辐照改性和掺杂工艺解决Si薄膜在嵌锂/脱锂时的体积膨胀和电导率较低的问题。离子辐照实验是在兰州重离子加速器国家实验室的大科学装置重离子加速器上进行的。所开展的主要工作及所获得的主要成果有：（1）用甚高频等离子体CVD技术在多种金属基底上制备出P掺杂非晶Si薄膜、微晶Si薄膜及其复合薄膜，得到了制备工艺条件对薄膜微结构的影响规律和最优化的工艺参数，证实了掺杂薄膜比非掺杂薄膜电极具有更优越的电化学特性。在纳米化集流体上保角生长出Si基薄膜。（2）实验发现，用电子束蒸发技术制备的Si薄膜具有更低的质量密度，更有利于锂离子的储存。证实了经过离子辐照改性后，电子束蒸发技术制备的Si薄膜具有更为优异的电池电极特性。（3）对具有不同厚度的Si薄膜，用不同能量和剂量的重离子束进行了辐照改性，发现薄膜以非晶结构为主的特征并未改变，但不同的离子束辐照对薄膜的微结构产生不同的影响。大量纳米尺寸的小孔和结晶在薄膜中形成，有利于薄膜作为电极时锂离子在其中的扩散、嵌入和脱嵌，并为嵌锂所造成的体积膨胀提供了缓冲空间。电子辐照形成了纳米晶粒/非晶Si复合薄膜。（4）发现离子辐照有效提高了Si薄膜电极的电化学性能，不但比容量有所提高，而且充放电循环稳定性得到显著改善，在大电流下依然具有良好的电化学特性。薄膜愈厚，离子辐照对其充放电循环稳定性的改善愈明显。项目探索了一条有利于抑制嵌锂/脱锂过程中Si基薄膜粉化、提高Si基薄膜电极电化学特性的技术路线。. 项目还对纳米结构Si基材料、金属氧化物及其复合材料作为锂离子电池电极等相关内容开展了研究。

项目成果

期刊论文数量（39）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Synthesis of monodisperse single crystal Zn2SnO4 cubes with high lithium storage capacity
高储锂容量单分散单晶Zn2SnO4立方体的合成
  • DOI：
    10.1016/j.matlet.2012.02.071
  • 发表时间：
    2012-06-01
  • 期刊：
    MATERIALS LETTERS
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Feng, Na;Peng, Shanglong;He, Deyan
  • 通讯作者：
    He, Deyan
Interconnected porous MnO nanoflakes for high-performance lithium ion battery anodes
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  • DOI：
    10.1039/c2jm30604b
  • 发表时间：
    2012-01-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Li, Xiuwan;Li, Dan;He, Deyan
  • 通讯作者：
    He, Deyan
Building a Ni3S2 nanotube array and investigating its application as an electrode for lithium ion batteries
构建 Ni3S2 纳米管阵列并研究其作为锂离子电池电极的应用
  • DOI：
    10.1039/c4cc01311e
  • 发表时间：
    2014-08-25
  • 期刊：
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Li, Dan;Li, Xiuwan;He, Deyan
  • 通讯作者：
    He, Deyan
Interconnected MnO2 nanoflakes supported by 3D nanostructured stainless steel plates for lithium ion battery anodes
由 3D 纳米结构不锈钢板支撑的互连 MnO2 纳米片，用于锂离子电池阳极
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2013.12.064
  • 发表时间：
    2014-03
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Li, Xiuwan;Li, Dan;Wei, Zhiwei;Shang, Xiaonan;He, Deyan
  • 通讯作者：
    He, Deyan
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  • DOI：
    10.1016/j.matlet.2014.08.034
  • 发表时间：
    2014-12
  • 期刊：
    Materials Letters
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Yang, Zhibo;Bai, Shuai;Yue, Hongwei;Li, Xiuwan;Liu, Dequan;Lin, Shumei;Li, Fei;He, Deyan
  • 通讯作者：
    He, Deyan

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  • 通讯作者：
    贺德衍

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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