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小空心锰酸锌@导电聚合物yolk-shell结构微球功能设计、结构调控及其储能构效关系

批准号:
51772131
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
侯林瑞
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
韦云威、吴晨、孙璇、宋晓攀、徐琦、徐洪超、陈关亮、景国建、于继海

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项目成果

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中文摘要
鉴于多元金属协同储锂优势,尖晶石结构ZnMn2O4成为目前锂离子电池负极材料研究重点之一。针对其库伦效率低、导电性差、高比容量/长寿命与其结构稳定性不可兼顾的关键问题,在研究基础上,本项目拟基于“小空心”、“yolk-shell”和“稳定SEI膜”耦合作用理念,采用实验精细调控和理论模拟计算有机融合,可控构筑高性能小空心ZnMn2O4@导电聚合物yolk-shell结构微球负极材料。揭示“小空心”ZnMn2O4微球“自下而上”一步形成机制及空心体积对其结构稳定性的影响规律。借助(非)原位表征及电化学装置,微尺度阐明复杂多组元协同储锂及反常容量“递增”机制。获知导电聚合物种类/存在形态、空腔结构、功能组分表/界面传荷对储锂性能提升的作用机制及SEI膜稳定机理。构建“功能组元/组分−微结构−电化学储锂性能”内禀构效关系及作用规律,为先进锂电池负极材料设计、构建及应用开发提供理论指导和科学依据。
英文摘要
Considering the synergetic Li-storage advantages from multiple metal species, spinel ZnMn2O4 (ZMO) is becoming one of researching hotspots in Li-ion batteries (LIBs). With low Colombic efficiency, modest electronic conductivity and the conflict between high capacity/long-cycle life and structural stablility, herein, we proposed controllable synthesis of high-performance mini-hollow ZMO@conducting polymers (CPs) microspheres with yolk-shell structure via elegant combination of fine experiments, and theoretical modeling and mathematical simulation, acoording to the synergetic contribution from “mini-hollow”, “yolk-shell” and “stable SEI”. The underlying one-step bottom-up formation mechanism and the influence of hollow volume upon structural stability were revealed in detail. With in-/ex-situ charactrizations and typical electrochemical devices, complex Li-storage processes from multiple species and abnormal capacity-increase mechanism were presented on atomic scale. The effecting mechanism of CPs type, void microstructure, sur-/interface charge transfer between functional components on the enhancement in electrochemical Li-storage behaviors and stablizing mechanism of SEI were demonstrated. The inherent relationship and interaction theory between functional composition/component, microstructure, and electrochemical Li+-storage performance were rationally established. Finally, new insights and fundamental guidance were provided for further design, fabrication and practical applications of high-performance anodes for advanced LIBs.
鉴于多元过渡金属协同储锂优势,尖晶石结构锰酸锌(ZnMn2O4)成为目前锂离子电池负极材料的研究热点和重点之一。针对ZnMn2O4首次库伦效率低、自身电子导电性差、高比容量/长寿命与其结构稳定性不可兼顾的关键瓶颈难题,本项目基于“小空心”、“yolk-shell”和“稳定SEI膜”复合耦合作用理念,采用精细实验调控和理论模拟计算有机融合,可控构筑了高性能小空心ZnMn2O4@导电聚合物yolk-shell结构微球负极材料。深入揭示了“小空心”ZnMn2O4微球“自下而上”一步形成机制及空心容积对其结构稳定性的影响规律和内在机制。并借助(非)原位表征及电化学装置,微尺度系统阐明了复杂多组元协同储锂及反常容量“递增”作用理论。获知了导电聚合物种类/存在形态、空腔微观结构、功能组分表/界面传荷对电化学储锂性能提升的作用机制及SEI膜稳定机理。最终构建了“功能组元/组分−微结构−电化学储锂性能”内禀构效关系及作用规律,为开发具有高比容量/高倍率、长寿命、高安全性和高结构稳定性新型低成本先进锂离子电池负极材料设计、构建及应用提供关键技术支持、器件原型和科学理论指导。
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
Precipitant-free solvothermal construction of spindle-like CoCO3/reduced graphene oxide hybrid anode towards high-performance lithium-ion batteries
无沉淀溶剂热构建纺锤状 CoCO3/还原氧化石墨烯混合阳极用于高性能锂离子电池
DOI: --
发表时间: 2020
期刊: Rare Metals
影响因子: 8.8
作者: [Yuyan Wang, Zhiwei Zhao, Yang Liu, Linrui Hou, Changzhou Yuan]
通讯作者: Changzhou Yuan
Unveil Intrinsic Potassium Storage Behaviors of Hierarchical Nano Bi@N-Doped Carbon Nanocages Framework via In Situ Characterizations
通过原位表征揭示分层纳米 Bi@N 掺杂碳纳米笼框架的本征钾存储行为
DOI: --
发表时间: 2021
期刊: Angew. Chem. Int. Ed.
影响因子: --
作者: [Zehang Sun, Yang Liu, Weibin Ye, Jinyang Zhang, Yuyan Wang, Yue Lin, Linrui Hou, Mingsheng Wang, Changzhou Yuan]
通讯作者: Changzhou Yuan
Ni-rich LiNi0·8Co0·1Mn0·1O2 coated with Li-ion conductive Li3PO4 as competitive cathodes for high-energy-density lithium ion batteries
涂覆锂离子导电Li3PO4的富镍LiNi0·8Co0·1Mn0·1O2作为高能量密度锂离子电池的竞争性正极
DOI: 10.1016/j.electacta.2020.135871
发表时间: 2020
期刊: Electrochimica Acta
影响因子: 6.6
作者: [Wenheng Zhang, Longwei Liang, Fei Zhao, Yang Liu, Linrui Hou, Changzhou Yuan]
通讯作者: Changzhou Yuan
Structure-designed synthesis of yolk-shell hollow ZnFe2O4/C@N-doped carbon sub-microspheres as a competitive anode for high-performance Li-ion batteries
结构设计合成蛋黄壳空心 ZnFe2O4/C@N 掺杂碳亚微球作为高性能锂离子电池的竞争性负极
DOI: 10.1039/c8ta04347g
发表时间: 2018-10-07
期刊: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子: 11.9
作者: [Hou, Linrui, Bao, Ruidi, Yuan, Changzhou]
通讯作者: Yuan, Changzhou
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    铌基复合氧化物负极材料体系优化设计及其储电机制研究
    • 批准号:
      52271218
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      54万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      侯林瑞
    • 依托单位:
    Na1+xMxTi2-x(PO4)3/MXene复合微卷构筑及其在Water-in-Salt复合电解液中储钠机制研究
    • 批准号:
      52072151
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      58.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      侯林瑞
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金