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自支撑萘基聚酰亚胺复合纤维正极的分子设计、多孔构筑及其储锂性能研究

批准号:
52103083
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
周刚勇
依托单位:
学科分类:
高分子共混与复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
周刚勇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
萘基聚酰亚胺以羰基官能团发生可逆的烯醇化氧化还原反应而储存能量,具有分子结构可设计、资源丰富、环境友好和易于加工等优点,被认为是理想的锂离子电池有机正极材料之一。针对目前萘基聚酰亚胺粉末易于团聚、导电性差、工作电压低和羰基官能团利用率低的关键问题,本项目拟利用分子结构设计、静电纺丝技术、原位热处理和微纳孔结构设计相结合的简单高效、一体化成型新策略构筑自支撑多孔萘基聚酰亚胺复合纤维膜,实现萘基聚酰亚胺均匀分散与良好的导电性和羰基官能团高效利用与工作电压的提升。系统研究萘基聚酰亚胺分子结构、静电纺丝参数和后处理工艺参数对自支撑多孔萘基聚酰亚胺复合纤维膜力学性能、导电性、多孔结构的影响,揭示自支撑多孔萘基聚酰亚胺复合纤维膜的萘基聚酰亚胺分子结构/力学性能/导电性-多孔结构-储锂性能之间的关系规律,阐明自支撑多孔萘基聚酰亚胺复合纤维膜的储锂机制及性能提升策略,为其在绿色锂离子电池中的应用奠定基础。
英文摘要
The naphthalene-based polyimide can store and convert energy by means of reversible enolization redox reaction of carbonyl groups, which has been considered as one kind of ideal organic cathode materials for lithium-ion batteries due to its advantages of structural designability, abundant resources, environmental benignity and easy processing. In view of the key problems of easy agglomeration, poor electrical conductivity, low operating voltage and utilization rate of carbonyl groups of the present naphthalene-based polyimide powders, this project intends to construct a free-standing porous naphthalene-based polyimide composite fiber membrane by using a simple and efficient new strategy combining molecular structure design, electrospinning technology, in-situ heat treatment process and micro/nanopore design. The as-prepared free-standing porous naphthalene-based polyimide composite fiber membrane can achieve homogeneous dispersion, good electrical conductivity, high efficient utilization of carbonyl groups and the improvement of operating voltage of naphthalene-based polyimide. In addition, the relationship between the content of each component, electrospinning parameters, post-processing parameters and molecular structure/mechanical properties/conductivity, porous structure and lithium storage performance of the as-prepared free-standing porous naphthalene-based polyimide composite fiber membrane will be thoroughly explored. Through the implementation of this project, it is expected to clarify the lithium storage mechanism and performance improvement strategies of the as-prepared free-standing porous naphthalene-based polyimide composite fiber membrane, which lays the foundation for its application in green lithium-ion batteries.
萘基聚酰亚胺以共轭羰基(C=O)为电活性官能团发生可逆的氧化还原反应而储存能量,具有分子结构可设计、原料丰富、环境友好和价格低廉等优势而被认为是理想的绿色锂离子电池电极材料。但现阶段萘基聚酰亚胺正极多为以聚集态存在的粉末或块体材料,充放电过程中存在易极化、导电性差、离子传输缓慢以及工作电压低、电极负载量有限等问题,致使萘基聚酰亚胺正极材料的实际比容量远低于其理论值,倍率性能和循环寿命以及能量密度也不佳。本项目选用不同结构单体,利用原位分子聚合,设计合成一些列萘基聚酰亚胺前驱体、利用静电纺丝技术、原位热处理和微纳多孔结构设计相结合的一体化成型策略构筑了一些列自支撑多孔萘基聚酰亚胺复合纤维膜正极材料。采用固体核磁波谱、傅立叶红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜等分析自支撑多孔萘基聚酰亚胺复合纤维膜的萘基聚酰亚胺分子结构和组分间相互作用及形貌和微纳结构。利用CV、EIS和GITT等电化学手段分析比较不同结构的自支撑多孔萘基聚酰亚胺复合纤维膜储锂性能,揭示了萘基聚酰亚胺的分子结构/力学性能/导电性-多孔结构与储锂容量、工作电压之间的构效关系,并阐明自支撑多孔萘基聚酰亚胺复合纤维膜的储锂机制及性能提升策略,从而为设计制备高性能柔性萘基聚酰亚胺复合纤维膜正极材料用于锂离子电池提供理论指导。
n-p型双极性共轭羰基—吩嗪交替共聚物复合正极的设计制备与储锂机制研究
  • 批准号:
    22465021
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    32.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    周刚勇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金