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金属锂负极
研究团队通过研究发展了电化学调控的方法，实现对金属锂表面的电化学抛光和SEI膜的原位成膜，不仅获得了大范围原子平整的锂表面，而且构筑了分子尺度均匀光滑的SEI膜。运用AFM力曲线、XPS深度剖析、FTIR和EIS等显微学、谱学和电化学方法等多尺度表征技术对锂负极进行了详尽研究，结果表明该SEI膜呈现出无机物嵌入、有机物交联的软硬相间的多层膜结构特征和明显提升的离子电导率。这种微观平整光滑且兼具刚性和弹性的SEI膜的锂负极，具有优越的电化学性能，对锂枝晶有很好的抑制效果，表现出明显加长的稳定性及对电池电解液的普适性，锂平面电极可在2 mA cm–2（1 mAh cm–2）、100% Li 放电深度（DOD）下稳定循环至少200周且库伦效率高达99%；与硫或者钴酸锂正极材料构成的全电池也同样展现出优越的充-放电循环性能(Nature Communications, 2018, 9, 1339）。
厦门大学
2021-04-11
碳包覆纳米钛酸锂电极材料
传统的锂离子具有高比能量的特点，现在广泛用于移动电话、笔记本 电脑等通讯工具、电动工具等。但由于其安全性，循环寿命和对极限 温度耐受性等负面问题，已成为制约其在大规模储能以及电动汽车中 广泛使用的瓶颈。而上述三大问题产生的根本原因就在于现在锂离子 电池采用的负极石墨材料。我们采用独特的固相合成技术结合碳包覆 技术 (ZL. 200510030998.0), 制备了高电子导电性的纳米钛酸锂材料。 其特点:1. Li4Ti5O12 可以实现颗粒大小和形状可控，
复旦大学
2021-01-12
锂电池有机电极材料相关研究
锂离子电池目前广泛应用于各类便携式电子设备，在人类社会的信息化、移动化、智能化、社会化等方面凸显作用，并有望在电动汽车和智能电网等领域大规模应用。商品化锂离子电池的正极材料主要是无机过渡金属氧化物和磷酸盐，其中过渡金属资源大都不可再生，电池回收利用技术复杂、成本高，从长远的角度来看可能会面临资源短缺等难点问题。因此，可循环再生的电极材料开发已成为电池领域的学术前沿和重大需求。有机电极材料由于含有丰富的碳、氢、氧等元素而显现出可再生、绿色环保、低成本和高容量等优点，近年来受到了广泛的关注。有机电极材料的制备具有合成创造的特点。有机电极材料一般可以从植物中（比如玉米等作物和苹果等果蔬）直接提取或者以生物质材料为原料通过简单的方法制备得到；在有机材料提取制备、电池装配和回收过程中产生的二氧化碳又可以被植物吸收利用，因而体现了很好的循环和可再生性。然而，有机电极材料还面临着在电解液中溶解度大、导电性差、密度低等难点问题，其材料特征、作用机理、构效关系等亟待深入理解。陈军院士，1967 年生，1985-1992 年在南开大学化学系学习，先后获学士、硕士学位，并于 1992 年留校工作；1996-1999 年在澳大利亚 Wollongong 大学材料系学习，获博士学位；1999-2002 年在日本大阪工业技术研究所任研究员。自 2002 年任南开大学教授、博士生导师，2014 年入选英国皇家化学会会士（FRSC）， 2017 年当选中国科学院院士，2020 年当选发展中国家科学院院士。2020 年重要锂电成果有：Nat. Rev. Chem.：实用锂电池有机电极材料的前景 Angew. Chem. Int. Ed.：紫精晶体作为锂电池正极的储能机理及结构演化 Materials Today：锂离子电池高能层状氧化物正极材料的研究进展与展望
南开大学
2021-04-13
用兰炭末制备锂离子电池负极材料研究
兰炭也称半焦碳，是由低变质煤在隔绝空气的情况下加热获得的固体产品。在兰炭生产过程中，小于3 mm的兰炭粉末约占总质量的10%，这部分兰炭粉(半焦)是用廉价的末煤干馏而成，成本较块煤降低近20%。因其粒度小，不符合生产工艺要求，只能被当作低级燃料廉价处理或被弃置于河道或地头。这不仅造成大量能源浪费，限制兰炭的经济效益，而且对环境造成严重污染。 利用兰炭末制备新材料是有意义的事情，将其改性制备成高性能的锂电池，不仅可以大幅提升兰炭的经济效益，减少废料堆环境的污染，也将降低锂离子电池的成本。目前研究表明：对兰炭末进行高温石墨化处理，性能可以达到锂离子电池负极的性能指标。放电容量达到了300mAh/g以上。循环寿命，循环300次后，容量没有衰减。该项目对环境保护和资源利用有较大的益处，与现有锂电池负极材料相比，有一定的成本优势。
西安交通大学
2021-04-11
高容量、低成本锂离子电池用硅-碳负极材料
新能源汽车的迅猛发展，为动力电池产业提供了万亿级的市场容量，到 2020 年底，城市公交、出租车及城市配送等领域新能源车保有量达 60 万辆。目前使 用的石墨类伏击材料容量低，无法满足高能量密度的需求。该项目通过为动力电 池厂商提供高性能硅碳负极及其他负极材料，以提高纯电动汽车的续航里程 2 倍以上。硅负极材料具有极高的理论容量(~4200 mAh/g)，其容量是现有商业化 的石墨负极的 10 多倍。但其充放电过程中产生的大体积膨胀(~400%)会严重影响 其循环寿命。我们团队经过数年研究，提出“清矽硅碳”使普通微米硅粉进行包 覆“均匀+可控”功能层的工艺过程实现“性能+成本”的最优产业升级。美国能 源部高度评价了该项研究成果（2015 年仅有 2 项研究成果受此殊荣）。
西安交通大学
2021-04-10
富锂层状及三元锂电池正极材料
本项目针对富锂锰基和三元正极材料首次充放电效率低、倍率性能较差、锂层中阳离子的混排、高电压下电极材料与电解液之间反应等问题，通过表面包覆、体相掺杂、颗粒微纳化和形貌控制等多种方法，提高其电化学性能。
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
富锂的层状结构Mn基氧化物及三元（NCM）材料具有高容量的特点，成本低廉、工作电压与现有电解液匹配，安全性好，考虑到振实密度、比容量等综合性能，其应用前景很好，适用于数码通讯类电池、笔记本电池、电动工具电池、汽车电池等。该项目已与天津力神电池股份有限公司开展产学研合作，具有很好的合作基础。
项目特色和创新之处：针对富锂锰基和三元正极材料首次充放电效率低、倍率性能较差、锂层中阳离子的混排、高电压下电极材料与电解液之间反应等问题，通过表面包覆、体相掺杂、颗粒微纳化和形貌控制等多种方法，提高其电化学性能。
通过原位XRD、XAS、EXAFS、电化学阻抗谱（EIS）、原位扫描电镜与透射电镜、扫描隧道显微镜、原位核磁共振、同步辐射和中子衍射等技术，获得无机材料及相关体系的原位分析与诊断新方法。优化设计并研制新型电极、电池制备工艺技术，构筑高容量、长循环稳定性的新型锂电池。
南开大学
2022-07-29
锂离子电池正负极材料、准固态锂金属电池等
万立骏院士，1957 年 7 月出生于辽宁省新金县，1987 年 6 月于大连理工大学获硕士学位，1996 年 3 月在日本东北大学获博士学位，1998 年回国到中国科学院化学研究所工作。2009 年 11 月当选为中国科学院院士。主要从事扫描探针显微学、电化学和纳米材料科学的研究。发展了化学环境下的扫描探针技术，在表面分子吸附和组装规律、纳米图案化、表面手性研究等方面取得系列成果。致力于能源转化和存储器件的表界面化学、电极材料制备方法学和材料结构性能的研究，设计制备了系列高性能纳米金属材料、金属氧化物材料和锂离子电池正负极材料等，并应用于能源和水处理领域。该工作通过光学显微镜对凝胶态聚合物电解液(GPEs)中锂离子的沉积/脱嵌过程的电化学行为及形成机理进行了研究。研究表明在低电流密度下，锂离子倾向于在电极表面均匀沉积，成微球状。当电流密度增大时，表面沉积的锂会演变成苔藓状进而形成枝状晶须。此外，作者通过剥离枝晶表面的SEI壳层，利用原子力显微镜(AFM)及电化学阻抗谱(EIS)对其尺寸，形貌，模量及电导率进行了测试。结果表明这类原位生长的SEI具有较为优异的理化特性，有希望直接引入固体电解液锂金属电池中对锂枝晶的生长进行有效的抑制。该研究阐释了锂枝晶的结构演变过程，并对其表面SEI层进行了深入的表征，有助于我们进一步认识锂金属电池的衰降机制。2020 年重要锂电成果有：Angew. Chem. Int. Ed.：通过人工非晶正极电解质界面实现持久电化学界面助力固/液态混合锂金属电池Angew. Chem. Int. Ed.：利用中温转化化学构建空气稳定、锂沉积可调节的石榴石界面Angew. Chem. Int. Ed.：准固态锂金属电池中锂枝晶及其固态电解质界面层的界面演化 J. Am. Chem. Soc.：准固态锂电池中 LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 表面正极界面层的动态演化J. Am. Chem. Soc.：全固态合金金属电池的微观机理：调节均匀锂沉积和柔性固态电解质界面演变
大连理工大学
2021-04-13
一种用于钠离子电池的负极材料及其制备方法
本发明公开了一种钠离子电池负极材料，其特征在于，该电极 材料为碳和硫形成的复合材料，其中，所述复合材料中的碳由芳香族 化合物碳化热解得到，该复合材料中的硫可以是以单质硫形式，碳硫 键形式或氧硫键形式存在，或者其中的多种形式存在。本发明还公开 了一种钠离子电池电极材料的制备方法技巧应用。本发明的材料用作 钠离子电池负极具有高的比容量和良好的循环稳定性的特点，其制备 方法简单，原料来源广泛，成本低廉，绿色环保，安全无害。
华中科技大学
2021-04-14
基于先进三元材料锂电池的储能系统
储能系统在应用领域上可以分为小型无间断备用电源（UPS）和大型储能电站(ESS)。UPS在停电时给计算机/服务器、存储设备、网络设备等计算机、通信网络系统或工业控制系统、需要持续运转的工业设备等提供不间断的电力供应。储能电站的目的是“削峰填谷”，可以把用电低谷期低价的富余的电储存起来，在用电高峰电价较贵的时候再拿出来用，可以为用户节约用电成本，也能在用电高峰期缓解电网的用电压力。储能电站还可存储太阳能和风能电站产生的电能，将光能和风能与储能电站完美结合，实现可再生电能的有效储存，突破时间和气候限制，解决了太阳能和风能由于缺乏稳定性而造成的并网难题。 目前市场上的储能系统多是基于传统的铅酸电池，铅酸电池虽然价格低廉，但是它主要有由金属铅构成，对环境危害很大，而且它们寿命很短，通常2年左右就要更换全部电池。在低碳和环保背景下，用新型锂离子电池代替传统铅酸电池是大势所趋。市场上虽然有基于磷酸铁锂电池的储能系统，但是磷酸铁锂电池价格高昂，是铅酸电池的3倍以上，在市场上缺乏竞争力。本项目的目的是设计和制造基于廉价三元锂电池的储能系统，可以用于备用电源也可以用于储能电站，比基于磷酸铁锂的储能系统在成本上能降低30%以上，而且能量密度更高，重量和占地面积都显著降低。崔博士已经和敦煌力波能源科技有限公司合作在敦煌市的国家级光电基地建造了一个0.5MWH的储能电站系统，这个储能电站主要服务于一个光伏电厂，在光照不足时为辅助光伏板以产生稳定的输出功率。
上海理工大学
2021-04-13
尖晶石型锰系高比能锂电池正极材料
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
本项目开发出两类高性能尖晶石型锰系锂电池正极材料，包括多孔结构LiMn2O4材料和微纳结构 LiNi0.5Mn1.5O4材料。对于LiMn2O4材料，利用“乳液沉淀-固相锂化”制备路径，获得了高纯度富锂尖晶石相，产物具有一维多孔结构，产物尺寸可在纳米、亚微米和微米尺度范围内调节，优化的产品具有非常好的高倍率性能和长周期循环性能。对于LiNi0.5Mn1.5O4材料，利用“碳酸盐一步共沉淀法”和“表面活性剂辅助草酸盐共沉淀法”两种制备技术路线，获得的产品众多优点。
项目特色和创新之处：开发了“乳液沉淀-固相锂化”、“碳酸盐一步共沉淀法”和“表面活性剂辅助草酸盐共沉淀法”三条技术路线，用于多孔结构LiMn2O4电极材料和微纳结构LiNi0.5Mn1.5O4的制备，制备方法工艺简单、易于实施，有利于推广应用，制备的产品具有晶相纯度高、形貌规整、粒径可调、振实密度大、高电压区间容量高、比容量高、倍率性能好、长周期循环性能突出等特点。
社会贡献和经济效益：使尖晶石型新型锰系锂电池正极材料形成自主知识产权，促进成果转化和产业化，提升电池行业的研发水平和产业链结构优化，带动锂电池等新兴能源产业发展。
南开大学
2022-07-29