锂离子电池硅基负极材料电极过程动力学及其倍率性能研究
批准号:
51571178
项目类别:
面上项目
资助金额:
67.0 万元
负责人:
潘洪革
依托单位:
学科分类:
E0110.金属生物与仿生材料
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李想、张世明、张序清、杜武斌、杨素慧、吴相欣
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中文摘要
硅材料由于储量密度高被认为极有可能成为下一代锂离子电池负极材料,但是硅负极材料极差的循环稳定性和低的倍率放电性能一直阻碍着硅材料的商业化进程。世界各国科学家通过十几年来不懈的研究,硅的循环寿命已经基本能满足实用化的要求,但是硅负极材料的倍率性能以及与其紧密相关的电极过程动力学机理至今缺乏系统的研究。. 本项目拟通过对Si材料电极过程动力学机理的研究,确定嵌脱锂过程的速度控制步骤;发现速度控制步骤的关键控制因素;阐明速度控制步骤的关键控制因素与速度控制步骤和倍率性能三者之间的关系;最终找到提高硅基电极材料倍率性能的方法,为硅基材料的实用化提供坚实的理论基础与技术支持。
英文摘要
Silicon has been considered as next generation anode material for lithium ion batteries due to its high theoretical energy storage density, but extreme low cycle stability and poor high rate discharge ability of Si anode hindered its commercialization. With unremitting study in the past ten years, tremendous progress has been made on improving the cycle life of silicon anode, which has been basically met the requirement for commercialization, but the kinetics of electrode process, which closely relates with the high rate discharge performance of silicon anode is still lack of systematic research. This project intends to study the mechanism of the electrode process kinetics, determine the rate controlling step during lithiation/delithiation process, discovery key control factors of rate controlling step, elucidate the relationship between the rate controlling step, the key control factors of the rate controlling step, and the high rate discharge ability performance so that eventually we can find ways to drastically improve the high rate discharge ability of silicon electrode, providing a solid theoretical and technical support for commercialization of the Si anode for lithium-ion batteries.
本项目重点围绕锂离子电池硅基负极材料开展研究工作,在材料的合成方法、结构性能调控及其机理等方面取得了系列创新成果。发展了多种新的制备方法,优化设计了多种新的材料结构,获得了系列高性能锂离子电池硅基负极材料。阐明了材料的结构对其电化学性能的影响及其影响机理,揭示了材料的形貌尺寸、电子电导率及多相复合等因素对电极材料容量、倍率性能、循环性能的影响。在材料制备方面,创新地采用氢驱动方法,利用LiH作为Li源,首先对微米Si进行预嵌锂形成Li12Si7,并在CO2气氛下进行球磨,在预嵌锂Si表面原位形成非晶保护层,且在该非晶保护层中存在的SiC,Li2SiO3纳米晶颗粒起到“弥散强化”作用,进一步提高了保护层强度,显著提升了Si负极的循环稳定性。此外,首次在国际上采用低熔点金属纳米颗粒与Si纳米颗粒混合涂片热压的方式将低熔点金属熔化并粘结至集流体以及包覆至Si颗粒表面,制备具有金属三维导电网络结构低熔点金属粘接电极。该粘接电极1500 mA g-1电流密度下,Si-Sn粘结电极首次可逆容量>1600 mAh g-1,且300次循环后容量仍可达到1100 mAh g-1,容量保持率接近70%。同时首次在国际上基于逾渗理论制备出 “纳米晶微米颗粒”的硅合金,其电子电导率高达103 S cm-1, 比纯Si提高了9个数量级。电极经450个循环后保持着1800 mAh g-1的容量,容量保持率为85%,相较Si材料具有了更加稳定的循环特性。上述成果对于推动基于储锂的高性能储能材料的研究及应用具有重要的理论和实际意义。
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
Tuning Li2MO3 phase abundance and suppressing migration of transition metal ions to improve the overall performance of Li- and Mn-rich layered oxide cathode
调节Li2MO3相丰度并抑制过渡金属离子迁移以提高富锂和富锰层状氧化物正极的整体性能
DOI:10.1016/j.jpowsour.2018.01.045
发表时间:2018
期刊:Journal of Power Sources
影响因子:9.2
作者:Zhang Shiming;Tang Tian;Ma Zhihua;Gu Haitao;Du Wubing;Gao Mingxia;Liu Yongfeng;Jian Dechao;Pan Hongge
通讯作者:Pan Hongge
Bi-structural fibers of carbon nanotube coated with nitrogen/oxygen dual-doped porous carbon layer as superior sulfur host for lithium-sulfur batteries
涂有氮/氧双掺杂多孔碳层的碳纳米管双结构纤维作为锂硫电池的优质硫主体
DOI:10.1016/j.jallcom.2019.04.192
发表时间:2019-08-15
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Nie, Bo;Zhou, Chuancang;Pan, Hongge
通讯作者:Pan, Hongge
In Situ Encapsulation of the Nanoscale Er2O3 Phase To Drastically Suppress Voltage Fading and Capacity Degradation of a Li- and Mn-Rich Layered Oxide Cathode for Lithium Ion Batteries
原位封装纳米级 Er2O3 相可显着抑制锂离子电池富锂和富锰层状氧化物正极的电压衰减和容量退化
DOI:10.1021/acsami.7b09002
发表时间:2017
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子:9.5
作者:Zhang Shiming;Gu Haitao;Tang Tian;Du Wubin;Gao Mingxia;Liu Yongfeng;Jian Dechao;Pan Hongge
通讯作者:Pan Hongge
Nanoscaled Lithium Powders with Protection of Ionic Liquid for Highly Stable Rechargeable Lithium Metal Batteries
具有离子液体保护的纳米级锂粉用于高稳定性可充电锂金属电池
DOI:10.1002/advs.201901776
发表时间:2019-10
期刊:Advanced Science
影响因子:15.1
作者:Pu Kaichao;Qu Xiaolei;Zhang Xin;Hu Jianjiang;Gu Changdong;Wu Yongjun;Gao Mingxia;Pan Hongge;Liu Yongfeng
通讯作者:Liu Yongfeng
Linking particle size to improved electrochemical performance of SiO anodes for Li-ion batteries
将粒径与改善锂离子电池 SiO 阳极的电化学性能联系起来
DOI:10.1039/c6ra25714c
发表时间:2017-01
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Huang Tao;Yang Yaxiong;Pu Kaichao;Zhang Jiaxun;Gao Mingxia;Pan Hongge;Liu Yongfeng
通讯作者:Liu Yongfeng
金属氢化物在全固态锂离子电池中的应用基础
- 批准号:51831009
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:300.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:潘洪革
- 依托单位:
金属氨基络合物贮氢机理研究
- 批准号:50671093
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:潘洪革
- 依托单位:
储氢电极合金本征衰退、非本征衰退及其交互作用机理探讨
- 批准号:50471040
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:潘洪革
- 依托单位:
新型Laves/固溶体基多相钛钒系储氢电极合金成份结构设计
- 批准号:50271063
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:28.0万元
- 批准年份:2002
- 负责人:潘洪革
- 依托单位:
AB5型磁体储氢电极的磁场对其电化学性能的影响
- 批准号:59701005
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:16.0万元
- 批准年份:1997
- 负责人:潘洪革
- 依托单位:
国内基金
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