本技术提出了基于多尺度理论模拟结合深度机器学习的一整套解决方案，即利用先进多尺度模拟方法精准解析SEI原子结构，建立新一代SEI模型，阐明SEI结构和形成机制，完整构建SEI与电池性能之间的内在联系，定向设计符合不同商用条件的新型电解液配方，为开发新一代高能量密度电池提供可能。 一、项目分类 显著效益成果转化 二、技术分析 随着智能手机、笔记本电脑等消费电子产品的快速发展，锂离子电池（Lithium Ion Battery, 简写为LIB）已经成为最成功的电化学储能设备之一，并从根本上影响并改变了人们的日常生活方式。随着制造工艺的逐步成熟，LIB的能量密度已经接近其理论极限。另一方面，可移动电子设备的快速普及和汽车电动化的蓬勃发展也不断要求开发具有更高能量密度的充电电池以满足实际使用的需求，而最先进的LIB依然无法完全满足上述需求。因此，寻找更高能量比的锂电池电极材料，加快下一代新型锂电池关键技术的相关研究，已成为制约锂电池技术产业发展进步的关键问题。锂金属电池的能量密度虽足以达到下一代电动车的要求，但其自身的稳定性仍令人担忧，这主要是因为Li金属的反应活性过高，其几乎可与所有的电解液均能自发地发生化学反应。在电池的运行过程中，Li电极和电解液之间通过自发化学反应和电化学反应导致了固体电解质界面（solid electrolyte interphase，SEI）的形成。当所形成的SEI结构不均匀时会诱发电池体积膨胀，此外，充放电过程中锂的不均匀沉积会导致锂枝晶的形成，锂枝晶的不规则生长会刺穿SEI，导致SEI膜发生破裂，并产生死锂，降低锂金属电池库伦效率；更严重的是，锂枝晶的不断生长会刺穿隔膜，造成电池内部的短路，导致火灾和爆炸等安全事故，大大缩短了电池的使用寿命，严重阻碍了其大规模商业化发展。因此，SEI对LMB的性能具有至关重要的影响。良好且稳定的SEI可以阻止（或者大幅度减缓）负极界面上反应的持续发生，起到保护Li电极的作用。针对下一代高稳定性锂金属电池设计中存在的关键问题，结合国际研究进展与本团队前期研究基础，我们提出了基于多尺度理论模拟结合深度机器学习的一整套解决方案，即利用先进多尺度模拟方法精准解析SEI原子结构，建立新一代SEI模型，阐明SEI结构和形成机制，完整构建SEI与电池性能之间的内在联系，定向设计符合不同商用条件的新型电解液配方，为开发新一代高能量密度电池提供可能。本方案已形成完整的工作流，相关自动化软件已开发完成并交付使用，且具有完全的自主知识产权，可用于国内外上游电池生产研发企业积累原始电池性能数据，大范围筛选有效电解液组分，指导下一代高能量密度锂电池研制。 我们的技术优势与创新主要表现在： 1）首次在电池体系中实现了QM与MM的混合模拟与混合加速； 2）在电池体系模拟中实现了开放电子体系对电化学反应的热力学和动力学预测； 3）在保证精度的前提下，实现了在纳米尺度上对真实的实验SEI结构直接模拟； 4）通过耦合深度机器学习，实现了电解液组分大范围筛选与性能优化。

光致变色聚合物具有光学各异性的晶体所特有的双折射性，在某个温度范围内兼有液体和晶体二者特性，也称为流动的晶格。具有变色聚合物的多数物质呈现螺旋状分子结构的有机化合物构成，多数为液晶聚合物，通常螺距（P）在可见光范围内，当螺距为可见光区某一波长时，就显示对应的色彩，如红、绿、蓝色，三基色是显示各种颜色的基础，三基色按照不同的比例合成产生千万种颜色的变化。自发现100多年了，在几度至几十度，能达到宽温100℃以上的变色材料很少，特别是变色聚合物研究起步晚，变色区间窄而不稳定，东北大学制备的变色聚合物宽达250℃以上，最高达300℃以上，居国际领先，宽温变色物质为应用提供技术基础。变色聚合物具有下列独特性能： 1.修复功能，表明材料可以在高低温之间反复使用。 2.光致变色性能。选择反射与选择透过：在外界光源照射下，垂直于观察绿色聚合物膜时，看到绿色，即反射绿光，而透过光为红光，即选择透过；Bragg反射：斜观察绿板为蓝色或蓝紫色，取决于观察角度。这种独特性能是其它物质不具有的。以上性能性能用于防伪具有原创性。 本项目经过十几年的理论与技术创新研究，发明并研制出具有选择反射的光功能高分子材料，实验研究表明，它具有独特的光学、电学和热学性能，除可用作不可复制的防伪材料（它是集一级、二级和三级防伪于一身的防伪材料）外，还可以在光学（如光学开关、屏蔽材料）、轻工（如服装、装饰、涂层、纺织）、信息（新型大容量信息存储材料）等领域获得奇特的应用。 从表中可见彩色聚合物无论在研究与生产都具有原创性与先进性   获7项专利，核心技术获得国家技术发明二等奖。

本项目以聚合物驱采出液为研发的重点，以 TL 为起始剂(TL 为多乙烯多 胺、甲醛、双酚 A 为原料合成的起始剂)合成开发出具有多枝型的聚醚原油破乳 剂，形成了包括 15 种二嵌段、15 种三嵌段、3 种三嵌段的破乳剂系列产品，目 前已完成中试试验。

本项目以聚合物驱采出液为研发的重点，以TL为起始剂(TL为多乙烯多胺、甲醛、双酚A为原料合成的起始剂)合成开发出具有多枝型的聚醚原油破乳剂，形成了包括15种二嵌段、15种三嵌段、3种三嵌段的破乳剂系列产品，目前已完成中试试验。

聚合物复合PTC材料是近年来在国际上发展很快的高科技产品，该种材料其电阻随温度作非线性变化，具有正温度系数（即所谓PTC特性），当温度上升到某一值时，电阻急剧增加。利用这一特性做出的自控温加热材料，能根据环境温度自动调节输出功率，具有保温和控温的功能。美国将此项技术列为不转让类技术。 与陶瓷PTC材料相比，聚物合复合PTC材料具有成本低，易于加工

为促进冶金科学技术的发展，实现对冶金生产的质量控制和过程控制，在对ZrO2电解质定氧电池失效原因研究的基础上，创造出新型的长寿命连续定氧传感器。通过对固态参比电极性质和电解质中氧位分布等研究，从理论上给出了参比电极的选择原则和依据。通过有关热力学研究，扩展了快速定氧测头的应用范围。通过对固体电解质制备方法和性质的深入研究，改善了定氧传感器的性能。在冶金生产中，大力推广应用有关传感器，取得了显著的效益。例如把氧传感器应用到金川含镍粗铜阳极炉熔炼的研究中，确定出恰当的氧化和还原终点，从而结束了建厂19年来只能生产等外阳极铜板的历史，一级品率达98%以上，年创经济效益240万元以上，获中国有色金属总公司科技进步二等奖。类似的还有“金川阳极板铜模铸造”、“攀钢120吨转炉合理脱氧工艺研究”、“熔融钴基合金中氧活度快速测定”等项目。传感器也被用于有关的冶金物理化学实验研究中，已测定了15种稀土化合物的Gibbs生成自由能，研究了硅酸玻璃中的组元活度以及硫化铜提取热力学等。 已在国内外核心刊物发表有关论文五十余篇，取得了三项国家发明专利，另有三项专利申请已通过实审。本项目获得了1996年国家教委科技进步二等奖。 新型的长寿命连续定氧传感器是钢铁生产以及有色冶炼等领域进行过程控制和质量控制的最有利的工具之一。例如转炉炼钢终点预测及脱氧过程的控制，沸腾钢和半镇静钢的冶炼过程控制。直接定氧技术已成为提高钢材质量，节约脱氧剂必不可少的手段，而且易于实现生产的在线控制。目前世界定氧测头的年消耗量在百万支以上。

小试阶段/n本成果采用ZrO2固体电解质管构建电解池可以克服现有技术存在的缺陷。首先，ZrO2管作为一种优良的耐火材料，具有较强的抗侵蚀能力，不仅能直接作为盛放熔融电解质的容器；更重要的是：ZrO2管一方面可作为将辅助电极和参比电极与电解池容器集成在一起的基体材料，另一方面又作为将辅助电极与熔融电解质中的固态工作电极分开的隔离膜，不仅能有效避免辅助电极与固态工作电极之间可能产生的电子直接短路，而且能防止辅助电极上的反应参与物对固态工作电极的不利影响。可见，ZrO2管的采用，不仅使电解池的结构简单，且

1）  高效的界面大分子反应增容技术 特点：环保，工艺过程简单，适用体系广泛（PC/ABS，PA/PE，PC/PBT等体系），增容体系刚韧平衡 2）  形态控制技术 特点：大幅提高材料刚性与韧性，工艺过程简单，适用体系广泛（PC/ABS，PA/PE，PC/PBT等体系）

本发明公开了一种由聚合物纳米中空胶囊制备超级绝热聚合物材料的方法，该方法首先利用双亲性大分子可逆加成断裂链转移试剂制备聚合物纳米胶囊，然后制备胶囊间交联剂，最后按胶囊与胶囊间交联剂质量比2.5:1至0.8:1的比例，将胶囊间交联剂与聚合物纳米胶囊乳液混合，调节pH至3.0～6.8，于60～90oC温度下反应30min至24h，使乳液凝胶化，再通过四氢呋喃置换出纳米胶囊中的核芯石蜡，真空干燥得到聚合物纳米多孔材料；本发明制备工艺简单，孔隙率和孔径大小可以通过改变纳米胶囊乳液的固含量、醚化三聚氰胺甲醛树脂的用量以及纳米中空胶囊自身空隙率调节，并且该多孔材料相对于传统的绝热材料具有很高的力学强度。

研究方向：高比能二次金属空气电池和固态离子输运及存储。研发内容：聚环氧乙烷、锂镧锆氧复合的固体电解质。主要性能：24Ah 级的固态锂离子电池