锂离子电池活性材料/集流体动态界面的结合性能表征研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11602213
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    雷维新
  • 依托单位：
    湘潭大学
  • 学科分类：
    A0812.实验固体力学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The interfacial bonding properties of active material/ current collector directly determine the electrochemical performances for lithium ion battery. However, the interface bonding properties are in a state of dynamic change with the embeding of Li-ions during the charging/discharging processes. Which leading to the separation of active material and current collector of high capacity anode, then causing capacity drastic fading. Therefore, the quantitative characterization of the interface bonding properties at the different charging/discharging status is of scientific significance and shows important practical value in engineering.Above on, this project aims to explore the interface failure mechanism of active material/ current collector for lithium ion battery under different state of charge and discharge. The interface bonding properties between active material/ current of Sn thin film anode will be investigated by means of experimental study and theoretical modeling. This project is finally to improve the cycle stability, coulomb efficiency and performance ratio of high capacity anode materials.
锂离子电池活性材料/集流体界面结合性能直接决定其电化学性能。但在充放电过程中，该界面结合性能会随嵌脱锂量的不同而处于动态变化状态，致使高容量负极活性材料与集流体迅速分离，造成电极循环性能剧烈衰减。因此，定量表征不同充放电状态下锂离子电池活性材料/集流体界面的结合性能对提高锂离子电池电化学性能具有重要的科学研究意义和工程应用价值。基于此，本项目旨在探索锂离子电池在不同充放电状态下活性材料/集流体界面的失效机理，以高容量锡薄膜负极材料为对象，从实验研究和理论建模两方面系统研究高容量锡薄膜负极材料在电池充放电过程中的界面结合性能，从而提高高容量负极材料的循环稳定性、库伦效率以及倍率性能。

结项摘要

为了解决锂离子电池高容量电极材料的锂化变形破坏问题，本项目通过理论分析和有限元数值模拟，建立了不同结构高容量电极材料的相变锂化模型及应力破坏预测模型，得到电极材料临界破坏状态与其结构尺寸、基本力学性能之间的锂化破坏失效机制图，并进一步通过实验加以验证。具体内容如下：.建立了基于理想弹-塑性变形的相变锂化模型，并通过ABAQUS有限元软件模拟了薄膜结构电极材料的相变锂化进程，分析了锂化过程中浓度场、应力场的动态演化。发现锂化应力在相界处发生了突变，且电极材料表面和界面处演化增大的拉应力是材料破坏的主要原因。.在相变锂化模型的基础上，基于能量破坏准则，建立了薄膜结构和空心核-壳结构电极材料的断裂、剥离破坏模型。根据量纲分析和ABAQUS模拟，通过函数拟合，确定了电极材料临界破坏SOC与其结构尺寸、基本力学性能之间的无量纲函数关系，得到了相应的锂化破坏失效机制图，从而为判断高容量电极材料在锂化过程中的安全性提供了理论依据。.通过电镀法制备了不同厚度的锡薄膜，并用其装配成扣式电池进行了充放电实验，通过扫描电镜观察得到了不同厚度的锡薄膜在锂化过程中的临界破坏SOC。实验表明对于厚度分别为10 μm、18 μm、26 μm和35 μm的锡薄膜，其临界断裂状态分别为SOC = 1、SOC = 0.72、SOC = 0.5和SOC = 0.36，实验结果与理论预测基本吻合，证实了锂化破坏失效机制图的准确性。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Confining sulfur in sandwich structure of bamboo charcoal and aluminum fluoride (BC@S@AlF3) as a long cycle performance cathode for Li-S batteries
将硫限制在竹炭和氟化铝的夹层结构中（BC@S@AlF3）作为锂硫电池的长循环性能正极
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Materials Science and Technology
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    罗振亚;汪啸;雷维新;夏鹏涛;潘勇
  • 通讯作者：
    潘勇
Simple synthesis of Ni_high porosity biomass carbon composites with enhanced__electrochemical performance of lithium–sulfur battery
简单合成具有增强锂硫电池电化学性能的Ni_高孔隙率生物质碳复合材料
  • DOI：
    10.1038/s41591-020-0894-4
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    夏鹏涛;雷维新;王旭日;罗振亚;潘勇;马增胜
  • 通讯作者：
    马增胜
AlF3 coating as sulfur immobilizers in cathode material for high performance lithium-sulfur batteries
AlF3涂层作为高性能锂硫电池正极材料中的硫固定剂
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2019.152132
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds Volume 812, 5 January 2020, 152132
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    罗振亚;雷维新;汪啸;潘俊安;潘勇;夏爽
  • 通讯作者：
    夏爽
Long cycle performance folium cycas biochar/S composite material for lithium-sulfur batteries
锂硫电池用长循环性能苏铁叶生物炭/硫复合材料
  • DOI：
    10.1164/rccm.201806-1053pp
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Ionics
  • 影响因子：
    2.8
  • 作者：
    夏鹏涛;陈福平;雷维新;潘勇;马增胜
  • 通讯作者：
    马增胜
Nanostructural Fibroid TiO2/SnO2 Composites as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries
纳米结构纤维状 TiO2/SnO2 复合材料作为锂离子电池负极材料
  • DOI：
    10.1166/nnl.2017.2423
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Nanoscience and Nanotechnology Letters
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张晶;田美月;邹幽兰;雷维新
  • 通讯作者：
    雷维新

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其他文献

基于监督双限制连接Isomap算法的带钢表面缺陷图像分类方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    自动化学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王典洪;甘胜丰;张伟民;雷维新
  • 通讯作者：
    雷维新

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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