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新型硼基锂电负极材料
首先设计合成了 Fe2B 间隙化合物，其中包含一维硼链结构和高导电的 Fe 主体网络，该化合物表现出与纯硼截然不同的电化学性质， 1400 次循环后基于 B 计算的容量可达 10700 mA h/g 。高导电的 Fe 基质和高分散的一维硼链结构首先激活了部分 B 的储锂潜能，并且在循环反应过程中 Fe 基质不断将硼链分散成单原子，从而实现了更高效的储能。然而，由于间隙化合物中 B 的质量含量过低，材料整体容量不符合实际需求。研究者随后通过热力学计算发现 B2O3 与锂发生电化学反应的标准吉布斯自由能变仅为 -489 kJ/mol ，即发生该反应的逆反应发生仅需克服 489 kJ/mol ，远小于可逆负极材料 Fe2O3 和 SnO2 。
北京大学
2021-04-11
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
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
一种钒酸锂负极材料、负极、电池以及负极材料制备方法
本发明公开了一种钒酸锂负极材料、负极、电池以及负极材料 的制备方法，属于电池领域，钒酸锂负极材料为核壳结构，其核部为 钒酸锂，其壳部为包覆层，钒酸锂为纳米级颗粒或者为纳米级颗粒形 成的微米级的二次颗粒，所述包覆层厚度为 2～30nm，包覆层包括导 电性包覆层或/和稳定性包覆层。通过化学气相沉积方法以惰性气体为 载气将有机碳源带入高温反应器中，在核部表面形成无定型碳或者石 墨化碳的导电性包覆层。采用真空镀膜、磁控溅射、
华中科技大学
2021-04-14
中国科大研制用于快充锂电池的新型双梯度石墨负极材料
中国科大俞书宏院士团队与姚宏斌、倪勇教授团队合作提出了在不牺牲锂离子电池能量密度的前提下，在石墨负极内部引入颗粒尺寸以及孔隙率的梯度异质分布结构设计，实现了石墨负极快充性能提升。
中国科学技术大学
2022-06-02
长循环硅基复合薄膜负极
随着微电子行业等微型化科技的快速发展，薄膜材料得到广泛应用。薄膜电池作为微型电源器件具有广阔发展空间。薄膜材料对于硅基负极而言，其短程储锂深度和单向膨胀的优势能够有效克服硅基材料的本征导电率低和体积膨胀大的问题。开发无需粘结剂的硅基负极薄膜材料对于薄膜负极发展意义深远。项目通过物理沉积方法，实现电极结构设计与导电型材料复合，改善硅基材料低导电率问题，优化硅基材料体积膨胀缓冲空间，从而完成无粘结剂硅基材料制备和倍率、循环等性能的提高。
厦门大学
2021-01-12
高性能氮化硼纳米材料
纳米氮化硼材料兼具氮化硼和纳米材料的双重优势，广泛应用于航空航天、高端电子散热材料、吸附剂、水净化、化妆品等领域。项目团队开发出一种能够实现形貌和尺寸均一且具有超大比表面积多孔氮化硼纳米纤维的规模化制备技术，目前市场尚未实现规模化生产。该技术合成工艺简单可控、成本低、过程绿色环保，处于国际领先地位。
1 产品的应用领域
图2 高性能氮化硼纳米纤维粉体
图3 氮化硼纳米纤维粉体微观形貌
吉林大学
2025-02-10
高性能低膨胀铝基复合材料及构件
卫星在轨运行和返回过程中需经历极端高低温环境，构件尺寸的稳定是保证卫星在轨高精度、返回高安全、任务高可靠的关键。针对卫星搭载的某宽带微波载荷与卫星本体材料之间热膨胀系数不匹配极易导致的载荷在轨及返回过程中载荷接收精度不稳定、信息传输不连续等问题。我校陈骏教授团队以原创的负热膨胀技术研发了具有轻质、热膨胀系数低、力学性能优异、尺寸稳定性好的高性能低膨胀铝基复合材料，并研制了系列关键连接内置件、环件等高性能低膨胀构件，首次将负热膨胀技术应用到我国的卫星上，填补了高性能低膨胀金属构件在工程应用领域的空白。该技术使得某宽带微波载荷与卫星本体之间热膨胀匹配性增强、界面应力大幅度减小，保证了卫星在轨与返回过程中信号高精度传输与接收，助力卫星成功返回。
图1 实践十九号卫星成功返回（图片来源国家航天局）
图2 高性能低膨胀铝基复合材料及构件应用于全球首颗可重复使用返回式技术试验卫星（图片来源央视新闻频道）
北京科技大学
2025-05-21
非石棉基硼、亚麻油双改性酚醛树脂基摩阻复合材料
将亚麻油改性酚醛树脂和硼改性酚醛树脂预聚物按一定质量比进行混合后作为摩阻材料用双改性树脂酚醛树脂基体，取一定质量分率的玻璃纤维作为摩阻材料增强体，其余组分丁腈橡胶、二氧化硅、碳化硅、二硫化钼。各组分混合后加入模具中，一定压力和温度下，在液压成型机中保压一段时间。然后将模具自然冷却至室温后脱模，最后进行热处理消除残余应力，得到硼、亚麻油双改性酚醛树脂基摩阻复合材料。产品性能、指标根据摩擦系数测试结果，本项目制备的硼、亚麻油双改性酚醛树脂基摩阻复合材料的摩擦系数对转速、载荷和
江苏大学
2021-04-14
新型硅碳复合负极材料
负极材料是锂离子电池的主要组成部分，起锂离子存储作用。负极材料的性能直接决定锂离子电池倍率性能和循环性能。目前商用化的负极材料主要为石墨，受到理论比容量的限制，石墨材料已无法满足锂离子电池能量密度的持续发展。硅材料由于其高储锂容量、适中的对锂电位等性能优势和资源丰富、成本低等商业优势，受到锂电行业追捧。经过长期的开发，硅负极已部分应用到高能量电池负极中。目前锂电行业中，硅材料主要以较小比例（~5%）硅负极与碳复合后，再与石墨混合使用，贡献较低，且循环性能差，未能全
厦门大学
2021-01-12