本征可弹性拉伸锂离子全电池制备及其结构与性能实时分析

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21875213
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0506.智能与仿生材料化学
  • 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

Some of the wearable and implantable devices put forward a new demand of elastic stretchability on the lithium batteries, e.g. some devices which are attached to the joints or integrated into the clothing. However, the large deformation during the stretch will significantly change the microstructure of the batteries, proposing much higher challenges compared with flexible batteries. At present, there have been some reports on stretchable batteries, but most of them focused on the methods to achieve stretchability. Only a small amount of them tried to improve the intrinsic elasticity of each component. No studies have been carried out to integrate these elastic materials in all parts. The stretchable batteries obtained are still facing problems inducing fast capacity fading, low active materials loading etc. In particular, the related fundamental research is missing. The knowledge on the relationship between its structure and performance of the battery during the stretch is absent. The method to maintain the same ion and electron transfer rate during the stretch is absent. Therefore, the applicant plans to design and prepare the conductive polymer elastomer, electrode binder, polymer electrolyte and other elastic materials through controlling the polymer chain sequence. Stretchable battery will be achieved with all of its compounds having intrinsic elasticity. The real-time, in-situ analysis methods on the battery structure and performance during the stretch will be established for the first time to carry out the fundamental research as mentioned above. Intrinsically elastic stretchable battery will be achieved with stable performance. This work will promote the development of stretchable batteries and high-capacity batteries which are suffering from the large electrode volume change during the charge and discharge process. It also has scientific significance in understanding the relationship between lithium battery structure and performance.
可穿戴、可植入设备中,一些贴合于关节、整合到衣物内等器件对锂电池提出了可弹性拉伸新需求。然而,拉伸大形变会显著改变电池微观结构,相比柔性电池提出了更高挑战。目前已有可拉伸电池报道,但多侧重于可拉伸性的实现方法,提高各部件本征弹性研究较少,缺失各部位弹性材料一体化研究。所得电池仍存在容量衰减明显、负载低等问题。特别是相关基础研究欠缺,缺少电池发生拉伸大形变时对结构与性能关系的认知,离子、电子传导速率如何在拉伸时维持稳定的研究等。因此,申请者希望通过聚合物链序列结构调控、统一设计导电聚合物弹性体、电极粘结剂、聚合物电解质等弹性材料,在实现电池各部件本征弹性的同时得到一体化全电池;首次建立拉伸过程中结构与性能实时、原位分析方法,实现上述基础问题的研究,获取本征可弹性拉伸、性能稳定全电池。对可拉伸电池、充放电时体积变化显著的高比能电池发展有积极促进作用,对认知锂电池结构与性能关系有重要科学意义。

结项摘要

可穿戴、可植入设备中,一些贴合于关节、整合到衣物内等器件对锂电池提出了可拉伸新需求,现代单兵作战由于电子化装备的增多需随身佩戴高能量储能电源,对其实现可穿戴化、舒适化也提出了新的需求。目前已有可拉伸电池报道,但多通过宏观结构设计实现宏观拉伸形变,提高各部件本征弹性研究较少,缺失各部位弹性材料一体化研究。电池外部形变会显著改变电池微观结构,进而导致导电、导离子网络失去完整性,电极与集流体之间也易发生剥离,均会导致电池在拉伸过程中性能显著下降。因此,本项目研究了通过聚合物链序列结构调控、统一设计本征可弹性聚合物材料,获得可拉伸导电聚合物集流体、电极粘结剂、聚合物电解质等,在实现电池各部件本征弹性的同时得到一体化可拉伸全电池。采用了可逆加成断裂链转移自由基乳液聚合法,制备了苯乙烯与丙烯酸丁酯的三嵌段聚合物弹性体,与纳米碳管共混制备得到了可实现100%拉伸形变,电导率为10mS/cm的弹性导电集流体,解决金属集流体不可拉伸的问题;制备了苯乙烯与聚丙烯酸甲酯嵌段聚合物弹性粘结剂,与弹性集流体相结合实现了可拉伸电极,可完成100%形变,在1C倍率以下电池性能与采用金属集流体电池性能一致,100次100%形变后电极性能无变化。制备了苯乙烯与丙烯酸甲酯双向梯度共聚物,实现可90%拉伸形变的聚合物电解质, 室温离子电导率达0.288mS/cm。集流体、弹性电极粘结剂、聚合物电解质采用多嵌段链序列结构,均通过聚苯乙烯相形成物理交联点,通过后处理物理交联,实现全电池各部件的一体化,在电池拉伸过程中有助于界面的稳定性,最终获得了柔性及可拉伸锂离子全电池,研究了拉伸过程中各材料结构与性能关系。并且,为解决可穿戴锂离子电池的安全性,还制备了可拉伸全固态聚合物电解质,可实现50%弹性形变,室温电导率达0.465mS/cm,实现了可室温工作的柔性全固态电池制备。为提高可穿戴储能设备的能量密度,首次将硅基材料用于柔性及可拉伸电极制备,获得了硅基可拉伸电极。本项目研究对可拉伸电池、充放电时体积变化显著的高比能电池发展有积极促进作用,对认知锂电池结构与性能关系有重要科学意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
紫外光交联法制备全固态聚合物电解质
  • DOI:
    10.11949/0438-1157.20211460
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑哲楠;高翔;罗英武;黄杰
  • 通讯作者:
    黄杰
A stretchable all-solid-state polymer electrolyte with decoupled ion transport and mechanical supporting networks to achieve high and stable ion-conductivity
具有解耦离子传输和机械支撑网络的可拉伸全固态聚合物电解质,可实现高且稳定的离子电导率
  • DOI:
    10.1016/j.ssi.2021.115733
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Solid State Ionics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Xie Ruohan;Yu Xuexian;Li Zhoupeng;Zhang Qinghua;Chen Jian;Lu Jianguo;Hou Yang;He Qinggang;Luo Yingwu;Gao Xiang
  • 通讯作者:
    Gao Xiang
Copolymerized Sulfur with Intrinsically Ionic Conductivity, Superior Dispersibility, and Compatibility for All-Solid-State Lithium Batteries
共聚硫具有固有的离子导电性、优异的分散性和全固态锂电池的兼容性
  • DOI:
    10.1021/acssuschemeng.0c03425
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    ACS Sustainable Chemistry & Engineering
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Zhang Fan;Luo Yingwu;Gao Xiang;Wang Rui
  • 通讯作者:
    Wang Rui
锂离子电池硅基负极黏结剂的研究新进展
  • DOI:
    10.11949/j.issn.0438-1157.20180699
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高翔;国媛;魏迪锋;罗英武;苏荣欣
  • 通讯作者:
    苏荣欣
可拉伸电池的最新研究进展
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1003-9015.2022.02.001
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢若晗;吴菁菁;高翔;苏荣欣
  • 通讯作者:
    苏荣欣

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其他文献

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  • 发表时间:
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  • 作者:
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Pareto分布下损失分布法度量误差变动规律
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 作者:
    莫建明;吕刚;高翔;卿树涛
  • 通讯作者:
    卿树涛
磷脂对天然橡胶网络结构的贡献及对性能的影响
  • DOI:
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2016.06.009
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    瞿玮;高翔;黄光速
  • 通讯作者:
    黄光速
Detection of the damage threshold of fused silica components and morphologies of repaired damage sites based on the beam deflection method
基于光束偏转法检测熔融石英部件损伤阈值及修复损伤部位形貌
  • DOI:
    10.1515/phys-2018-0070
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Open Physics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    张江梅;高翔;王坤朋;刘有用;杨秀红;敖益辉
  • 通讯作者:
    敖益辉
改革开放四十年来我国基础教育课外补习研究回顾与展望——基于CiteSpace的可视化分析
  • DOI:
    10.19512/j.cnki.issn2096-2088.2020.01.004
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    教育经济评论
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨萌;薛海平;高翔
  • 通讯作者:
    高翔

其他文献

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以煤电转型为主的中国能源结构变化建模及预测研究(子课题1)
  • 批准号:
    42341208
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  • 批准号:
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    2021
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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金属基复合材料网状构型设计与优化
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放电自由基与化学催化协同脱除烟气中多种污染物的机理研究
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  • 批准号:
    50176045
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  • 资助金额:
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AI项目解读示例

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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