课题基金 / 基金详情

基于微米合金负极的锂离子电解液的设计及界面机理研究

批准号:
22072134
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
范修林
依托单位:
学科分类:
电化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
范修林

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
以Si、Al等为代表的合金负极具有容量高、电位适宜等优点,被认为是新一代锂离子电池的最佳负极材料之一。但由于与目前的碳酸乙烯酯(EC)基电解液不匹配,此类微米合金负极的电化学性能难以满足锂离子电池的应用要求。为此,结合申请人的前期工作积累,本项目提出开发适用于微米合金负极的新型电解液的策略以解决其循环寿命短、库伦效率低等限制其应用的关键问题。系统考察2-甲基四氢呋喃等新型电解液体系中电解液组成对合金负极脱嵌锂行为的影响,综合运用先进结构和界面表征方法结合第一性原理分子动力学理论计算深入分析合金负极与新型电解液体系的界面反应过程和固体电解质界面层(SEI)成分组成、微观结构等。阐明界面反应机理、SEI组成和结构对合金负极性能影响的作用机制,探索出改善微米合金负极电化学性能的全新途径。本项目的实施有助于推进微米合金负极在高能量密度锂离子电池方面的实用化进程,具有重要的科学意义和应用前景。
英文摘要
The alloy anode, such as Si, Al, etc. is regarded as one of the most promising Li-ion battery anodes due to the high capacity and favorable potential. However, because of the incompatibility between the micro-sized alloy anodes and EC-based carbonate electrolytes, the cycling performance and Coulombic efficiency cannot suffice to support the Li-ion batteries upon long-term cycling. To overcome these critical issues, based on our earlier work, in this project we propose to design novel electrolytes to cater to electrochemical features of the alloy anodes, in which the influence of the solvents (such as 2-Methyltetrahydrofuran), salts, and concentrations on the lithiation/delithiation of the alloy anodes will be systematically investigated. The interphasial chemistries, solid electrolyte interphase (SEI) compositions and the microstructures between the alloy anodes and the novel electrolytes will be intensively explored by using advanced structural and interphasial characterizations, density functional theory (DFT) and molecular dynamic (MD) calculations. The interactions between the electrochemical performance of the alloy anode and the interphasial microstructures and SEI compositions will be clarified. It is believed that the implementation of the proposal would greatly promote the practical applications of the micro-sized alloy anodes in the high energy Li ion batteries, which is of extensive interest to a broad audience working on energy storage technologies as well as electrochemistry in general.
基于石墨负极发展起来的锂离子电池的能量密度已优化至极致。利用Si、Al等为负极材料可以进一步提升锂离子电池的能量密度,被认为是新一代锂离子电池负极材料的发展方向之一。但由于与目前的碳酸乙烯酯(EC)基电解液不匹配,此类微米合金负极的电化学性能难以满足锂离子电池的应用要求。本项目按计划开展了基于微米合金负极的电解液设计研究,以提升其循环寿命、库伦效率等限制其应用的关键因素。通过合成新型溶剂(包括2-甲基四氢呋喃、新型氟代醚和磺酸酯等)、调整锂盐种类(LiPF6、LiFSI和LiTFSI等)和浓度,综合运用先进结构和先进界面表征方法结合第一性原理分子动力学理论计算等初步建立了溶剂分子电子云分布-体相溶剂化结构-界面SEI成分结构之间的构效关系,提升了基于合金负极的电池体系的综合电化学性能。在此基础上,对比研究了官能团位置对锂离子配位结构的影响规律,阐明了SEI成分结构对合金负极性能的作用机制。本项目已完成了预定的研究任务,并获取了大量相关基础数据及信息,为此类高容量合金负极电解液的后续应用研究提供了理论指导和实验依据。结合本项目研究任务,共培养博士毕业生2名、硕士毕业生2名,目前在读博士生2名、硕士生2名;研究成果申请并授权国家发明专利3项;发表SCI收录论文25篇,全部标注了本项目资助号。
快充锂离子电池电解液的设计及界面机理研究
  • 批准号:
    LR23B030002
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    范修林
  • 依托单位:
高安全、宽温区锂二次电池电解液及界面设计研究
  • 批准号:
    22161142017
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    200万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    范修林
  • 依托单位:
界面稳定高能量密度固态锂电池的构建及机理研究
  • 批准号:
    LZ21B030002
  • 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:
    范修林
  • 依托单位:
石墨烯负载纳米核壳结构N@M (N=Co, Ag; M=Au, Pt, Pd, Rh)复合催化剂的制备及其对甲酸分解脱氢的作用机理
  • 批准号:
    21303161
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    范修林
  • 依托单位:
国内基金
海外基金