嵌锂SnO2负极材料的纳米Sn粗化抑制与转化反应的可逆性

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51671088
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0110.金属生物与仿生材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The application of high capacity SnO2 anodes has been constrained by the poor reversibility of the conversion reaction and their low initial Coulombic efficiency. In previous study the applicant has demonstrated that the reduced Sn/Li2O interfaces due to Sn coarsening is responsible for the poor reversibility of the initial conversion reaction in lithaited SnO2 anode. By creating high density grain boundaries of nano-sized SnO2, the coarsening of Sn could be suppressed, enabling high initial Coulombic efficiency in a SnO2 thin film anode. However, the reversibility of conversion reaction was gradually fading and leading to capacity decay during cycling. To solve this problem, in this project, the kinetics of Sn coarsening under different driving forces, as well as their influence on the interface reactivity of Sn/Li2O during lithiation-delithiation cycling of SnO2 will be studied. A novel strategy—adding transition metal (M) in SnO2-C composite to suppress the Sn coarsening and thus enhance the reversibility of conversion reaction, has been proposed. The roles of each component in the SnO2-M-C system for the enhancement of reversibility and cycleability of electrode will be elucidated. Moreover, the relationship between initial Coulombic efficiency, potential range and capacities, cycling stability of the SnO2-M-C composite anode in different kinds of batteries will be focused. As a result, we hope that it can bottom the development of the metal based anode materials for high capacity lithium ion batteries.
高容量SnO2基负极嵌锂转化反应的可逆性差和首次库仑效率低的问题严重制约其应用。申请人前期研究发现Sn粗化导致的Sn/Li2O界面减少是引起SnO2负极转化反应可逆性差的主要原因,并通过创制高密度晶界成功抑制了纳米Sn相长大,获得具有超高首次库仑效的SnO2薄膜负极。但是,循环中Sn/Li2O转化反应的可逆性会衰退并导致电极容量衰减。本项目针对这一问题,系统研究嵌锂SnO2负极循环过程中不同驱动力下Sn粗化的动力学特性及其对Sn/Li2O界面反应活性的影响规律;提出在SnO2-C复合物中添加过渡金属组元(M)抑制Sn粗化的新策略,阐明SnO2-M-C体系中各组元相对电极嵌锂-脱锂可逆性和稳定性的改善作用;考察该负极体系在不同体系电池应用中的首次库仑效率、电压范围与电池容量和循环稳定性的关系,为推动高容量金属基嵌锂负极材料的实际应用奠定科学依据和材料基础。

结项摘要

本项目主要针对高容量SnO2负极存在的首次嵌锂转化反应可逆性差和首次库仑效率低(<60%)的问题开展研究。 我们确定了单相SnO2薄膜和SnO2基多相复合负极中Sn/Li2O转化反应可逆性差的根本原因与重要影响因素,揭示了嵌锂SnO2负极循环过程中不同因素导致的Sn相粗化的动力学特性及其对Sn/Li2O界面反应活性的影响机制,深入阐明了SnO2-M-C多相复合体系中不同过渡金属添加物对电极嵌锂-脱锂可逆性和稳定性的改善作用以及各组元相之间交互作用和变化,掌握影响SnO2-M-C复合材料体系电极的首效的关键因素。在此基础上,通过等离子球磨技术,获得了一系列高首效(>80%)、高容量(>800 mAh/g)、长寿命(>1000次)、倍率性能优良的SnO2基负极材料体系及其高效宏量制备技术。相关研究成果在Energy Environ. Sci., Adv. Mater.,Nano Energy, J. Mater. Chem. A,Energy Storage Mater.等国内外知名学术期刊上发表论文27篇;申请发明专利12项,已获授权专利5项。在本项目执行过程中,等离子球磨材料制备技术、锡碳和硅碳电极材料的3个专利实施许可于企业,实现产业化;完成培养研究生5名;相关研究工作分别在中国材料大会、全国固态离子学会议、全国电化学会等重要会议上作分会邀请报告,研究成果受到了学术界同行的广泛关注。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Facile synthesis of self-supported Mn3O4@C nanotube arrays constituting an ultrastable and high-rate anode for flexible Li-ion batteries
轻松合成自支撑Mn3O4@C纳米管阵列,构成柔性锂离子电池的超稳定高倍率阳极
  • DOI:
    10.1039/c7ta01698k
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Lu Bin;Liu Jun;Hu Renzong;Wang Hui;Liu Jiangwen;Zhu Min
  • 通讯作者:
    Zhu Min
Stable Lithium Storage at Subzero Temperatures for High-capacity Co3O4@graphene Composite Anodes
高容量Co3O4@石墨烯复合阳极在零下温度下稳定储存锂
  • DOI:
    10.1002/cnma.202000547
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ChemNanoMat
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Tan Liang;Lan Xuexia;Hu Renzong;Liu Jun;Yuan Bin;Zhu Min
  • 通讯作者:
    Zhu Min
Self-Supported CoP Nanorod Arrays Grafted on Stainless Steel as an Advanced Integrated Anode for Stable and Long-Life Lithium-Ion Batteries
不锈钢上接枝的自支撑 CoP 纳米棒阵列作为先进的集成阳极,用于稳定和长寿命的锂离子电池
  • DOI:
    10.1002/chem.201700147
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chemistry-A European Journal
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Xu Xijun;Liu Jun;Hu Renzong;Liu Jiangwen;Ouyang Liuzhang;Zhu Min
  • 通讯作者:
    Zhu Min
Highly reversible conversion reaction in Sn2Fe@SiOx nanocomposite: A high initial Coulombic efficiency and long lifetime anode for lithium storage
Sn2Fe@SiOx纳米复合材料中的高度可逆转化反应:用于锂存储的高初始库仑效率和长寿命阳极
  • DOI:
    10.1016/j.ensm.2018.02.001
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    ENERGY STORAGE MATERIALS
  • 影响因子:
    20.4
  • 作者:
    Zhang Hanyin;Hu Renzong;Liu Yuxuan;Cheng Xin;Liu Jiangwen;Lu Zhongchen;Zeng Meiqin;Yang Lichun;Liu Jun;Zhu Min
  • 通讯作者:
    Zhu Min
Good cycling stability and high initial efficiency demonstrated in full cells with limited lithium source for an advanced SnO2-Co-C composite anode
先进的 SnO2-Co-C 复合阳极在锂源有限的全电池中表现出良好的循环稳定性和高初始效率
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2020.135640
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Wen Gang;Liu Hui;Liang Tao;Ouyang Yunpeng;Tan Liang;Hu Renzong;Liu Jun;Zhang Yao;Zhu Min
  • 通讯作者:
    Zhu Min

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Microstructure evolution of Cu-Sn-Bi alloy in ball milling and sintering
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    鲁忠臣
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  • DOI:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡仁宗;杨黎春;朱敏
  • 通讯作者:
    朱敏

其他文献

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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

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          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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