资源化利用废弃印刷线路板可控构筑三维多孔微/纳Cu-Sn复合负极材料及其性能调控

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51874046
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Sn-based materials have exhibited broad application prospects in the field of the lithium ion battery materials because of high theoretical specific capacity and excellent safety. However, huge volume change during lithiation/delithiation process and gradual exhaustion of tin resources have severely restricted their further development. In this project, Cu and Sn enriched solution is firstly obtained from leaching waste printed circuit boards with the self-made environment-friendly and high-efficiency tin-stripping solution, and then the desirably three-dimensional porous micro/nano Cu-Sn composite anode materials are directly prepared on the current collector by in situ pulse electrodeposition and following annealing, which are in accord with the conception concerning production integration from metallurgy to material. Firstly, high-efficiency stripping of soldering tin and zero emissions to the environment will be realized by utilizing the self-made tin-stripping solution. Secondly, the adhesion force between the electrode and the current collector can be strengthened by fabricating the thin-film material via in situ electrodeposition. Thirdly, the electronic conductivity of the surface of the composite material can be enhanced through CNTs composite electrodeposition. Moreover, introducing micro/nano structure and active/inactive system into the Sn-based material will improve the structural stability and the cycle performance of the as-prepared composite materials. The study shows the separation and enrichment mechanism of Cu and Sn from the enriched solution of waste printed circuit boards, the principle of lithium ion intercalation and deintercalation in the composite materials and the law of gradual change and growth of the mesophase alloy compound, the formation and growth law of the SEI film and the response mechanism to volume expansion and pulverization effect of the as-prepared composite electrode materials. These all can provide theoretical guidances and new ideas to develop the electrode materials of lithium ion batteries from comprehensive utilizing waste resources.
锡基材料因理论比容量高和安全性好等优点在锂离子电池材料领域展现出广阔的应用前景,但锂化过程中的巨大体积变化和资源的逐渐枯竭都严重制约了其进一步发展。本项目秉承冶金材料一体化的构想,拟先通过自制的环保高效退锡液处理废弃印刷线路板得Cu、Sn富集液,将其采用原位脉冲电沉积后经退火处理在集流体上直接得到三维多孔微/纳Cu-Sn复合负极材料。利用自制退锡液实现焊锡的高效退除和对环境的零排放;利用原位电沉积制备薄膜材料增强活性材料与集流体间的结合力;利用CNTs复合沉积改善材料表面的电子电导率;利用微/纳结构和活性/非活性体系提高材料结构稳定性和电池循环性能。通过研究,揭示Cu、Sn物料的分离与富集机理,明晰锂离子在复合材料中的脱/嵌机制与中间相合金化合物的渐变生长规律、SEI膜的形成与生长规律及复合材料体积膨胀与粉化效应的应对机制,为综合利用废弃资源开发锂离子电池电极材料提供理论依据和新思路。

结项摘要

锡基材料因理论比容量高和安全性好等优点在锂离子电池材料领域展现出广阔的应用前景,但锂化过程中的巨大体积变化和资源的逐渐枯竭都严重制约了其进一步发展。本项目秉承冶金材料一体化的构想,先通过自制的环保高效退锡液处理废弃印刷线路板得Cu、Sn富集液,将其采用原位脉冲电沉积后经退火处理在集流体上直接得到三维多孔微/纳Cu-Sn复合负极材料。研究表明:自制退锡液实现了焊锡的高效退除和对环境的零排放;原位电沉积制备薄膜材料增强了活性材料与集流体间的结合力;CNTs复合沉积改善了材料表面的电子电导率;微/纳结构和活性/非活性体系提高了材料结构稳定性和电池循环性能。通过工艺优化,获得了电化学性能优异的复合负极材料,室温下,在100 mA g-1电流密度下的首次可逆比容量687.45 mAh g-1,首次库仑效率为85.55 %,循环50次后,容量保持率为82.58 %。此外,还系统地构筑了不同结构的Sn、Si基负极材料,测试结果表明所制备的复合负极材料具有优异的电化学性能。通过本项目的研究,揭示了Cu、Sn物料的分离与富集机理,明晰了锂离子在复合材料中的脱/嵌机制与中间相合金化合物的渐变生长规律、SEI膜的形成与生长规律及复合材料体积膨胀与粉化效应的应对机制,为综合利用废弃资源开发锂离子电池电极材料提供了理论依据和新思路。本项目实施过程中,共发表学术论文32篇,其中SCI检索论文29篇,入选ESI 1‰热点论文2篇,ESI 1%高倍引论文5篇;共申请发明专利5项,其中2项已授权;培养了博士研究生1人,硕士研究生8人。

项目成果

期刊论文数量(32)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Structural design of high-performance Ni-rich LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 cathode materials enhanced by Mg2+ doping and Li3PO4 coating for lithium ion battery
Mg2掺杂及Li3PO4涂层增强高性能锂离子电池富镍LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2正极材料的结构设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Colloid and Interface Science
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Wei Xiao;Yan Nie;Chang Miao;Jiale Wang;Yi Tan;Minyue Wen
  • 通讯作者:
    Minyue Wen
Enhanced electrochemical performance of flower-like SnS2/NC@GO composite anodes for lithium-ion batteries
锂离子电池花状SnS2/NC@GO复合负极的增强电化学性能
  • DOI:
    10.1016/j.ssi.2020.115288
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Solid State Ionics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Rui Li;Chang Miao;Limin Yu;Haoyi Mou;Mengqiao Zhang;Wei Xiao
  • 通讯作者:
    Wei Xiao
Enhancing the cycling stability of all-solid-state lithium-ion batteries assembled with Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 solid electrolytes prepared from precursor solutions with appropriate pH values
提高由适当 pH 值的前驱体溶液制备的 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 固体电解质组装的全固态锂离子电池的循环稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2019.12.229
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhiyan Kou;Chang Miao;Ping Mei;Yan Zhang;Xuemin Yan;Yu Jiang;Wei Xiao
  • 通讯作者:
    Wei Xiao
Fabrication of Si-SiO2@Fe/NC composite from industrial waste AlSiFe powders as high stability anodes for lithium ion batteries
利用工业废AlSiFe粉末制备Si-SiO2@Fe/NC复合材料作为锂离子电池高稳定性负极
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Rui Fang;Wei Xiao;Chang Miao;Ping Mei;Yan Zhang;Xuemin Yan;Yu Jiang
  • 通讯作者:
    Yu Jiang
Improved performance all-solid-state electrolytes with high compacted density of monodispersed spherical Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 particles
具有高压实密度的单分散球形 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 颗粒的改进性能全固态电解质
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2019.04.192
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhiyan Wang;Zhiyan Kou;Chang Miao;Wei Xiao
  • 通讯作者:
    Wei Xiao

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其他文献

Study on corrosion resistance of the BTESPT silane cooperating with rare earth cerium on the surface of aluminum-tube
  • DOI:
    10.1172/jci87588
  • 发表时间:
    2024-09-13
  • 期刊:
    Journal of Clinical Investigation
  • 影响因子:
    15.9
  • 作者:
    肖围;满瑞林;缪畅;彭天兰
  • 通讯作者:
    彭天兰
原位制备P(VDF-HFP)/SiO2复合聚合物电解质及其性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电源技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王脂胭;缪畅;颜学敏;肖围
  • 通讯作者:
    肖围

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高压实密度卤化物固态电解质Li3InCl6−aXa(0<a<6)材料的可控构筑及性能调控
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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