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基于三维双相导锂复合固体电解质的高能量密度全固态锂电池的构建与相关机理

批准号:
51862008
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
44.0 万元
负责人:
向延鸿
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:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
申永强、伍建华、万祖杨、谢彪、彭露、龙秋萍

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项目成果

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中文摘要
安全性好、能量密度高的全固态锂电池作为下一代储能体系的最佳候选者备受人们关注。但电极颗粒内部电子和离子导电性差、电极│电解质界面阻抗大,导致其循环性能差,限制了其应用。本项目提出一种先进的全固态锂电池构想——将高导电性的聚偏氟乙烯(PVDF)基复合固体电解质引入到正极层和电极│电解质界面,获得电极│电解质界面接触良好、正极层内部形成三维离子导电网络的全固态锂电池。将高锂离子导电性的硫化物电解质弥散在PVDF基电解质网络中,获得电化学性能稳定、与电极相容性强的三维双相导锂复合固体电解质;以经Li3PO4膜修饰的高振实密度5V级LiNi0.5Mn1.5O4和经Al2O3与石墨烯双重保护的LixSi为正负电极,构建高能量密度全固态锂电池。通过优化复合正负电极和复合固体电解质的构建工艺、探明复合固体电解质的复合机理及其在电极界面的作用机制,为高能量密度锂电池的设计和实用化提供实验依据和理论参考。
英文摘要
All-solid-state lithium battery (ASSLB) has attracted significant research attention as a promising candidate for next-generation energy storage systems owing to its high energy density and high safety. However, the inferior cycle performance of ASSLB resulted from the poor ionic and electronic conductivity in the electrodes,as well as the large interfacial resistance between electrode and electrolyte limit its commercial applications. Here, an advanced cell construction strategy has been proposed, in which poly(vinylidene fluoride) (PVDF) -based composite solid electrolyte with network structure and high conductivity is used both in cathode layer and interface of electrolyte│electrode, leading to an ASSLB with superior interfacial contact between electrolyte and electrodes, and forming a three-dimensional ionic conductive network in the cathode layer. The highly lithium ion conductive sulfide solid electrolyte is dispersed evenly in the matrix of PVDF-based polymer electrolyte to achieve a three-dimensional bicontinuous composite solid electrolyte with good electrochemical stability and excellent compatibility with electrodes. LiNi0.5Mn1.5O4 with high tap density coated with a Li3PO4 thin film and LixSi with double protection of Al2O3 thin film and Graphene are employed as cathode and anode to construct an ASSLB with high-energy-density. The production process of composite cathode, anode and composite solid electrolyte will be optimized and the reaction mechanism in the composite solid electrolyte and the action mechanism on the interfaces of the composite solid electrolyte and the electrodes will be investigated. The results of the study will provide an experimental basis and a theoretical reference for the design and practical application of ASSLB with high-energy-density.
安全性好、能量密度高的全固态锂电池作为下一代储能体系的最佳候选者备受人们关注。 但电极颗粒内部电子和离子导电性差、电极│电解质界面阻抗大,导致其循环性能差,限制了其应用。本项目针对上述问题,提出一种先进的全固态锂电池构想——将高导电性的聚偏氟乙烯(PVDF)基复合固体电解质引入到正极层和电极│电解质界面,获得电极│电解质界面接触良好、正极层内部形成三维离子导电网络的全固态锂电池。将高锂离子导电性的硫化物电解质弥散在PVDF基电解质网络中,获得电化学性能稳定、与电极相容性强的三维双相导锂复合固体电解质;以高振实密度高电压正极材料和经Al2O3与石墨烯双重保护的LixSi为正负电极,构建高能量密度全固态锂电池。通过优化复合正负电极和复合固体电解质的构建工艺、探明电极界面的相容性与稳定性,为高能量密度锂电池的设计和实用化提供实验依据和理论参考。在本项目支持下,课题组制备出高振实密度5V级正极材料、高性能LixSi 基复合负极材料,以及锂离子导电性好、机械强度高、热稳定性高、与正负级相容性好的复合固体电解质,为类似高性能复合固体电解质的设计提供实验依据和理论指导,为高能量密度全固态锂电池的构建提供新思路。在研究周期内,项目申请人及团队先后在《Journal of Alloys and Compounds》、《Frintiers in Chemistry》、《Journal of Electroanalytical Chemistry》、《International Journal of Energy Research》、《Rare Metals》、《RSC Advances》、《Ionics》、《人工晶体学报》、《精细化工》等期刊上发表标注的研究论文13篇, SCI/EI收录9篇,会议论文2篇。授权国家发明专利1项。参编教材1部。培养毕业和正在培养硕士研究生共7名。培养本科生30名。课题组成员1人晋升教授职称,4人晋升副教授职称。
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
Improving Li3V2(PO4)3 cathode performance by Mn2+ doping for high-rate aqueous zinc ion hybrid batteries
通过Mn2掺杂提高高倍率水系锌离子混合电池Li3V2(PO4)3正极性能
DOI: 10.1007/s11581-022-04561-z
发表时间: 2022-05
期刊: Ionics
影响因子: 2.8
作者: [Youliang Jiang, Yanhong Xiang, Qiuling Zou, Baocheng Liu, Saiqiu Liu, Hanzhang Zeng, Leyan Chen, Jian Li, Xianwen Wu, Lizhi Xiong]
通讯作者: Lizhi Xiong
The Li3V2(PO4)3@C materials prepared by freeze-drying assisted sol-gel method for an aqueous zinc ion hybrid battery
冻干辅助溶胶-凝胶法制备Li3V2(PO4)3@C材料用于水性锌离子混合电池
DOI: 10.1016/j.jelechem.2021.115685
发表时间: 2021-09-21
期刊: JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY
影响因子: 4.5
作者: [Jiang, Youliang, Zou, Qiulin, Xiong, Lizhi]
通讯作者: Xiong, Lizhi
Improved Electrochemical Performance of 0.5Li(2)MnO(3)·0.5LiNi(0.5)Mn(0.5)O(2) Cathode Materials for Lithium Ion Batteries Synthesized by Ionic-Liquid-Assisted Hydrothermal Method.
离子液体辅助水热法合成0.5Li(2)MnO(3)中心点0.5LiNi(0.5)Mn(0.5)O(2)锂离子电池正极材料的电化学性能改善
DOI: 10.3389/fchem.2020.00729
发表时间: 2020
期刊: Frontiers in chemistry
影响因子: 5.5
作者: [Xiang Y, Jiang Y, Liu S, Wu J, Liu Z, Zhu L, Xiong L, He Z, Wu X]
通讯作者: Wu X
DOI: 10.13550/j.jxhg.20210902
发表时间: 2022
期刊: 精细化工
影响因子: --
作者: [张涛, 周坤蕃, 阳思念, 李玉婷, 向延鸿, 吴贤文]
通讯作者: 吴贤文
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    电解锰阳极泥制备多元素原位掺杂富锂锰基氧化物及其协同稳定晶格氧的作用机理
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      33万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      向延鸿
    • 依托单位:
    高电压富锂锰基材料表面异质微纳结构设计、制备与性能研究
    • 批准号:
      2020JJ5457
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      向延鸿
    • 依托单位:
    三维多级微纳结构富锂锰基正极材料的离子液体辅助可控制备与电化学性能研究
    • 批准号:
      51662010
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      39.0万元
    • 批准年份:
      2016
    • 负责人:
      向延鸿
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金