纳/微米分级结构LiMnPO4可控构筑及其嵌锂性能调控研究

批准号:
21606050
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
刘全兵
依托单位:
学科分类:
B0809.光化学与电化学工程
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑育英、张巧、张丙青、杜涵、窦正杰
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中文摘要
纳/微米分级结构能够提高电极反应面积和缩短离子固相扩散路径,缓解材料嵌/脱锂的体积变化应力,能促使材料性能充分发挥,被视为理想的锂离子电池电极结构。.本项目拟采用水(溶剂)热法制备LiMnPO4纳米结构单元,利用自组装过程空间各向异性,构筑具有三维网状、多孔状、花状等纳/微米分级结构正极材料。通过系统研究溶液组成和反应条件对材料结构、形貌的影响,探讨晶体的成核和生长机理,揭示组装过程的热力学和动力学过程规律,实现组装体结构的分级(时间)与动态调控。.通过对所合成材料进行充放电测试,考察结构、形貌对其嵌锂性能的影响;采用Ni、Co、V等元素部分取代Mn来调控材料的嵌锂动力学性能和放电电压平台,开拓材料的应用前景;并应用先进表征手段探讨材料的“构-效”关系。本研究将为完善LiMnPO4材料制备科学提供数据支撑,为探索新型高性能嵌锂阴极材料提供理论指导。因此,具有重要的应用和基础研究价值。
英文摘要
Nano/micro hierarchical structure could enlarge the area of electrode reaction and shorten the diffusion path of lithium-ion in the solid state. Moreover, it could assimilate the volume change stress for the intercalation/deintercalation of Li+, and make full use of the electrochemical lithium intercalation performance. Therefore,it is regarded as an ideal electrode structure for Li-ion battery..The project will adopt hydrothermal(solvothermal) method to prepare LiMnPO4 nanostructures unit, and utilize the spatially anisotropic during self-assembly process to construct nano/micro hierarchical cathode materials, such as three-dimensional network structure, porous structure, flower-like structure etc.. By systematically investigating the influence of solution composition and reaction conditions on the structures and morphology of materials, discussing the mechanism of nucleation and growth, revealing the laws of thermodynamics and kinetics of the assembly process to achieve hierarchical assembly structure (time) and dynamic control..Through charge/discharge testing of the as-synthesized materials, to inspect the influence of the structure, morphology on the electrochemical lithium intercalation performance; Mn element of LiMnPO4 material will partially replaced by Ni, Co, V etc., in order to tune lithium intercalation kinetics and discharge voltage platform, and expand the application prospect of material. Furthermore, advanced characterization methods will be employed to explore the“Structure-Activity”relationship. This study will provide a synthesis route for high-performance LiMnPO4, and theoretical guidance for exploring novel lithium intercalation cathode materials. Thus, this work has important value for both basic and applied research.
本项目采用水/溶剂热法制备LiMnPO4纳米结构单元,利用自组装过程空间各向异性,构筑具有晶面取向的纳/微分级结构阴极材料;通过系统研究溶液组成和反应条件对材料形貌结构的影响,探讨晶体的成核和生长机理,实现组装体结构的分级(时间)与动态调控;并考察形貌结构对其嵌锂性能的影响;在上述研究基础上,采用Fe、Ni、Co、V、Ti等元素部分取代Mn调变材料电子跃迁带隙及嵌锂能垒,提高材料充放电性能。主要研究结果有:1)采用灵活可控溶剂热合成途径制备得到LiMnPO4/C纳米片,详细讨论了采用柠檬酸,葡萄糖和蔗糖不同有机碳源添加对LiMnPO4/C纳米复合材料结构和电化学性能的影响;2)采用乙二醇、甘油、聚乙二醇400、聚乙二醇600等有机溶剂作为反应的前驱体溶剂,有机溶剂通过有效调节形态,尺寸和晶体取向生长在LiMnPO4/C材料的形成中起重要作用;3)采用微波辅助溶剂热法制备得到LiMn1−xMgxPO4/C,样品为具备较大比表面积和介孔结构的片层状形貌材料,Mg2+掺杂在晶体合成过程中发挥着重要作用,提高电极材料的电化学活性和电化学性能表现。本研究开发高性能LiMnxM1-xPO4/C复合正极材料,适用于大规模生产,具有重要的理论和实用价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Rational Design of Hierarchically Core-shell Structured Ni3S2@NiMoO4 Nanowires for High Performance Asymmetric Supercapacitors
高性能非对称超级电容器分层核壳结构Ni3S2@NiMoO4纳米线的合理设计
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Small
影响因子:13.3
作者:Fangshuai Chen;Shan Ji;Quanbing Liu;Hui Wang;Hao Liu;Dan J. L. Brett;Guoxiu Wang;Rongfang Wang
通讯作者:Rongfang Wang
Enhanced Cycleability of Amorphous MnO₂ by Covering on α-MnO₂ Needles in an Electrochemical Capacitor.
通过覆盖电化学电容器中的α-MnO2 针增强非晶态MnO2 的循环性能
DOI:10.3390/ma10090988
发表时间:2017-08-24
期刊:Materials (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Liu Q;Ji S;Yang J;Wang H;Pollet BG;Wang R
通讯作者:Wang R
Manganese dioxide core–shell nanostructure to achieve excellent cycling stability for asymmetric supercapacitor application
二氧化锰核壳纳米结构可在非对称超级电容器应用中实现出色的循环稳定性
DOI:--
发表时间:2017
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Quanbing Liu;Juan Yang;Rongfang Wang;Hui Wang;Shan Ji
通讯作者:Shan Ji
A simple and scalable route to synthesis CoxCu1-xCo2O4@CoyCu1-yCo2O4 yolk-shell microspheres, high performance catalyst of hydrolyze ammonia borane for hydrogen production
一种简单且可扩展的合成CoxCu1-xCo2O4@CoyCu1-yCo2O4蛋黄壳微球的路线,高性能水解氨硼烷制氢催化剂
DOI:10.1002/smll.201805460
发表时间:2019
期刊:Small
影响因子:13.3
作者:Dongsheng Lu;Junhao Li;Chaohui Lin;Jinyun Liao;Yufa Feng;Zitian Ding;Zhiwei Li;Quanbing Liu;Hao Li
通讯作者:Hao Li
Enhanced Cycleability of Amorphous MnO2 by Covering on α-MnO2 Needles in an Electrochemical Capacitor
通过覆盖电化学电容器中的α-MnO2 针增强非晶态MnO2 的循环性能
DOI:--
发表时间:2017
期刊:Materials
影响因子:3.4
作者:Quanbing Liu;Shan Ji;Juan Yang;Hui Wang;Bruno G. Pollet;Rongfang Wang
通讯作者:Rongfang Wang
熔融盐并发热分解法构筑锂二次电池用纳米反应器及其基础研究
- 批准号:22378074
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:刘全兵
- 依托单位:
电纺芯壳纳米纤维策略构筑高性能锂硫电池及其基础研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2021
- 负责人:刘全兵
- 依托单位:
“蛋黄-蛋壳”结构锂硫电池复合正极材料的设计制备及其基础研究
- 批准号:21975056
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:刘全兵
- 依托单位:
国内基金
海外基金
