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硅基新一代锂电负极材料制备
项目成果/简介:目前锂离子电池的能量密度已经越来越不能满足其在电动汽车、智能手机和大规模储能方面的应用。锂离子电池的能量密度低主要是因为所采用的正负极材料的比容量较低，尤其是负极材料石墨，其理论比容量为 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商业化前景的负极材料为硅基负极材料，其理论比容量为 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。据招商证券预计，硅基负极材料在 2020 年的市场使用量接近于 5 万吨，销售额接近于 50 亿。 然而硅基材料在充放电过程中较大的体积变化率（>300%）限制了其商业化应用，较大的体积变化导致极片碎裂以及电解液在材料表面持续分解，从而造成其循环性能剧烈下降。另外，硅基材料为半导体，其导电性较差，从而导致硅基负极材料的倍率性能较差。如何解决硅基负极材料这两大缺点是普及硅基材料在锂离子电池应用的关键。 陈永胜教授课题组结合在纳米技术和石墨烯材料领域的专长，经过近 10 几年的研究，采用低成本的原材料、易工业化的工艺技术制备了石墨烯包覆的硅基负极材料，主要技术创新点包括：1）采用独特的、具有自主知识产权的纳米技术将大粒径的硅粉进行纳米化处理，纳米化大大缓解了硅在充放电过程中体积变化的问题，从而从根本上解决了硅基负极材料循环性能差的问题；2）石墨烯包覆则充分发挥了石墨烯导电导热性能好、机械性能优异、电化学性能稳定等特点，改善了材料的锂离子扩散性能和电子导电性，大大提高了功率特性； 14隔绝了硅与电解液的直接接触，抑制副反应造成的电解液分解和材料侵蚀，提高了首次效率，延缓了使用过程中的寿命衰减；进一步减缓了充放电过程中硅的体积变化，维持材料结构的整体稳定性，极大地提升了循环特性。效益分析:陈永胜教授课题组发明的石墨烯包覆硅基负极材料，从制备过程上讲，具有工艺简单、成本低廉、易工业化的特点；从性能上讲，具有比容量高、稳定性好、压实密度大等优点，与高比容量正极组成的锂离子电池的能量密度是当前商业化锂离子电池能量密度的数倍以上。
南开大学
2021-04-11
低场高性能稀土超磁致伸缩材料
国家“863”支持项目。采用一种新的制造技术，制造<110>轴向取向多晶棒材，在5MPa预应力和500 Oe磁场下的磁致伸缩系数达l//=950-1150ppm，重复性好，一致性高，工艺易于控制，成品率高。已获国家发明专利，拥有自主知识产权。 材料的应用领域及市场前景预测 (1) 国防、航空航天和高技术领域：主要用于制造声纳用水声换能器与水声对抗换能器、线性马达、燃油喷射器、传感器、噪声与振动控制系统等，可用于航空飞行器、地面运载工具和武器等。据预测2015年此领域的世界市场额将达到3.3亿美元。 (2) 运输领域：主要用于反噪声、减振和消振、刹车系统、燃油喷射系统、阀门、泵和线性马达等。预测2015年世界需求量将达到10.5亿美元，是本世纪初用量最大的领域。 (3) 现代高技术领域：主要用于超声波技术、波动采油技术、海洋通讯、海洋开发与勘察、海洋捕捞等。预计2015年此领域的世界市场额将达到3.3-4.0亿美元。
北京科技大学
2021-04-11
喷射成形高性能材料制备技术与应用
新金属材料国家重点实验室喷射成形技术研究室现有副教授以上研究人员4人，其中教育部长江学者奖励计划特聘教授1人，留学回国人员3人，长期从事喷射成形及其它材料制备成形技术和新材料的研究开发，在相关理论和应用研究方面取得了一定的成果，积累了丰富的经验。已经发表相关论文100余篇，申请国家发明专利3项。 喷射成形是一项21世纪新材料开发和传统材料性能提升的先进制备技术，广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域。 喷射成形高性能铝合金研究与应用： (1)高硅铝合金：具有良好的综合力学性能以及高温耐磨性能，广泛应用于汽车、机械和电子工业。 (2)超高强度高韧性铝合金：室温抗拉强度达到850MPa以上，同时具有良好的塑韧性和抗应力腐蚀能力，在航空航天工业、核工业、交通运输工业等领域有重要作用。 喷射成形电子材料研究与应用： (1)Cu-Cr电触头材料：合金中Cr相颗粒的尺寸明显细化，触点的开关性能明显提高，使其成为高性能大容量真空开关的优良材料。 (2)轻质Si-Al封装材料：具有低密度、高导热率和与半导体材料相近的热膨胀系数，是理想的新型电子封装材料，尤其适用于航空航天等需要轻质低膨胀封装材料的应用领域。 新型高温（>1200℃）抗氧化耐磨材料研究与应用： 在高温磨损条件下可以保持良好的抗氧化性能，广泛适用于高温加热炉等应用领域。
北京科技大学
2021-04-11
铜材复杂器件耐腐蚀耐磨材料的研究
在海洋环境、酸雨污染、高温高湿等的环境条件下，紫铜、黄铜及其合金的加工器件在中间工序存放和使用过程中会造成点蚀，进而扩展为大面积腐蚀，而作为连接部件会加剧缝隙腐蚀引发应力腐蚀断裂。该项目成功研制了耐腐蚀耐磨防腐蚀环保涂料，大大延长铜类尤其是紫铜的自然存放期，对铜器件生产和运输过程中起到了很好的保护作用；由于耐蚀性优异，也可作为长期防护涂层。该技术获得的涂层在厚度为5μ条件下测试相关主要技术指标如下： 外观 无色透明 可保留铜的金属光泽；可调整任意颜色 粘度 25秒 《涂料粘度测定法》（涂-4杯）（GB/T 1723-1993） 附着力 0级 《色漆和清漆漆膜的划格试验》（GB/T9286-1998） 耐盐雾 200h 《色漆和清漆耐中性盐雾的测定》（GB/T1771-1991） 耐冲击 50Kg·cm 《漆膜耐冲击测定法》GB/T1732-1993 耐磨擦 0.005千克 《漆膜耐磨性测定法》（GB/T1768-1989） 硬度 4H 《涂膜硬度铅笔测定法》（GB/T6739-1996） 相容性 与弹药相容 《真空安定性试验-压力传感器法》（GJB772A-97 501.2） 该技术适合喷涂、刷涂、辊涂等工艺，不含任何有害稀释剂，为环保产品。该产品用量少、性能和使用工艺优于防锈油；其另一特色在于必要时很容易去除，比防锈油的去除要容易的多。
北京科技大学
2021-04-11
新型高效可见光响应型半导体材料
能源短缺与环境污染是影响当前社会发展最重要的问题，亟需解决。新型光催化技术由于能够利用太阳光分解水制氢气和降解环境污染物，使其成为解决当前的能源危机和环境污染等问题最有前途的技术之一，备受瞩目。而当前光催化领域最重要的问题就是去设计、寻找高效稳定的可见光响应型半导体材料。在此，我们主要通过改性前驱体和设计新的焙烧策略成功得到了具备多孔结构、低碳含量、纳米片形貌的 g-C3N4 光催化剂，相比原始的 g-C3N4 ，光催化性能提升了 8 倍；通过介孔化设计和负载贵金属光催化剂，成功解决了 Pb3Nb2O8 光催化剂比表面积小、光生电子 - 空穴易复合的缺点，使光催化活性显著提升了 62 倍。通过调查浸渍提拉、磁控溅射、电泳沉积等手段，成果获得了 Bi2MoO6 和 Pb3Nb4O13 光电极材料，充分探索了其光电化学性能，并且通过负载 Co-P 显著提升了其光电转化效率，为分解水制氢与太阳能电池领域提供了一种可选择性的材料；过渡金属离子掺杂与介孔材料有效结合，有效地探索了表面掺杂与体相掺杂 Fe2O3 对其电子结构的影响、光电催化性能的影响。
辽宁大学
2021-04-11
一种钼酸锂纳米棒电子封装材料
简介：本发明公开了一种钼酸锂纳米棒电子封装材料，属于电子封装材料技术领域。本发明钼酸锂纳米棒电子封装材料的质量百分比组成如下：钼酸锂纳米棒65‑80％、聚乙烯醇8‑12％、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠0.05‑0.5％、异丙醇铝4‑8％、微晶石蜡4‑8％、水3‑7％，钼酸锂纳米棒的直径为50‑100nm、长度为1‑3μm。本发明提供的钼酸锂纳米棒电子封装材料具有绝缘性好、耐老化及耐腐蚀性能优良、导热系数高、热膨胀系数小、易加工、制备过程简单及制备温度低的特点，在电子封装材料领域具有良好的应用前景。
安徽工业大学
2021-04-11
关于高Tc薄膜铁电材料机制的研究
基于过去发展的基于第一性原理电子结构计算的有限温度下铁电-顺电相变模拟手段，指出Fisher等人提出的有限尺寸标度理论存在缺陷，并针对铁电-顺电相比提出修正方法。此理论缺陷存在的本质原因是理论推导过程中对体材到薄膜演变过程中哈密顿量变化的忽视，是由当时实验技术与针对具体材料物性理论模拟手段的局限造成的。新发展出来的修正方法可广泛适用于类似铁电材料的物性模拟。 研究中，以SnTe作为一个例子，来研究标度律不成立的体系；以BaTiO3为一个例子，来描述标度律成立的体系。通过对比两类材料在从体材到薄膜变化过程中电子结构与相变温度变化的规律，作者发现相变序参量的变化可以作为一个描述子，来区分此两类系统。在标度律成立的体系，体材与薄膜的相变序参量并不发生变化，这个也是70年代Fisher等人提出标度律的一个基本假设。而对SnTe这类材料，在从体材到薄膜的演化过程中，相变序参量已经发生了变化。这一机制也为寻找、预测和设计低维高Tc铁电材料提供了新思路。不同于之前研究常采用的施加应变等外部调制手段，新机制预测的低维铁电材料具备本征高Tc，更易于脱离实验室条件走向工业生产。课题组期待这一工作能激发更多高Tc铁电材料的发现。图1. 材料的相变序列(a) 满足标度律的传统铁电材料；(b) 不满足标度律的二维铁电材料；(c) 不满足标度律的一维铁电材料。当且仅当材料的低维相变序列发生改变时，标度律不成立，该材料有可能发现高Tc，即(b)(c)，有待于进一步的实验发现。
北京大学
2021-04-11
硅基新一代锂电负极材料制备
目前锂离子电池的能量密度已经越来越不能满足其在电动汽车、智能手机和大规模储能方面的应用。锂离子电池的能量密度低主要是因为所采用的正负极材料的比容量较低，尤其是负极材料石墨，其理论比容量为 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商业化前景的负极材料为硅基负极材料，其理论比容量为 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。据招商证券预计，硅基负极材料在 2020 年的市场使用量接近于 5 万吨，销售额接近于 50 亿。 然而硅基材料在充放电过程中较大的体积变化率（>300%）限制了其商业化应用，较大的体积变化导致极片碎裂以及电解液在材料表面持续分解，从而造成其循环性能剧烈下降。另外，硅基材料为半导体，其导电性较差，从而导致硅基负极材料的倍率性能较差。如何解决硅基负极材料这两大缺点是普及硅基材料在锂离子电池应用的关键。 陈永胜教授课题组结合在纳米技术和石墨烯材料领域的专长，经过近 10 几年的研究，采用低成本的原材料、易工业化的工艺技术制备了石墨烯包覆的硅基负极材料，主要技术创新点包括：1）采用独特的、具有自主知识产权的纳米技术将大粒径的硅粉进行纳米化处理，纳米化大大缓解了硅在充放电过程中体积变化的问题，从而从根本上解决了硅基负极材料循环性能差的问题；2）石墨烯包覆则充分发挥了石墨烯导电导热性能好、机械性能优异、电化学性能稳定等特点，改善了材料的锂离子扩散性能和电子导电性，大大提高了功率特性； 14隔绝了硅与电解液的直接接触，抑制副反应造成的电解液分解和材料侵蚀，提高了首次效率，延缓了使用过程中的寿命衰减；进一步减缓了充放电过程中硅的体积变化，维持材料结构的整体稳定性，极大地提升了循环特性。
南开大学
2021-02-01
牙科用藻酸盐印模材料精准投料器
本专利通过微电子电路精准控制藻酸盐印模材粉剂的量及水量并保持水温在规定的恒定温度，使最终得到的印模膏的稀稠度适当，强度适当从而取得临床适用的印模。可应用于口腔科各类使用藻酸盐印模材制取印模的操作。
天津医科大学
2021-02-01
锂离子电池正极材料磷酸钒铁锂
成果描述：橄榄石型磷酸铁锂因为其具有环境友好、成本低、来源广以及稳定性和安全性好等优点；但其过低的离子导电率和电子导电率也限制了LiFePO4在动力锂离子电池方面的应用。 单斜结构的磷酸钒锂晶体内部原子排列构成三维网状结构，为锂离子的迁移提供了有利的通道，因而Li3V2(PO4)3具有更好的锂离子导电性。单斜结构的Li3V2(PO4)3具有较好的稳定性和大电流充放电特性，同时其在充放电时有不止一个锂离子参与脱嵌，具有比LiFePO4更高的电压平台。 本研究通过加入高含量钒合成同时包含LiFePO4和Li3V2(PO4)3相的复合正极材料，利用Li3V2(PO4)3快离子导体的特性改善材料的导电性，使材料具更好的电化学性能。市场前景分析：低成本磷酸钒铁锂电池主要应用于（1）动力电源系统市场，主要针对电动自行车、电动汽车、电动观光车、旅游游艇等.（2）储能系统，比如高档住宅小区的太阳能路灯、景观照明灯、移动通讯基站蓄电池、风能发电等储能系统。与同类成果相比的优势分析：克容量(1C)：160mAh/g； 10C/1C＞80%； 常温循环2000次保持85%以上； 振实密度：1.3g/cm3以上 国际先进。
四川大学
2021-04-11