锂离子电池正极材料的微结构、相变和构效关系的透射电子显微学研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51271134
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    王建波
  • 依托单位：
    武汉大学
  • 学科分类：
    E0101.金属材料设计、计算与表征
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The microstructure-property relationship of the cathode materials for the lithium battery will be studied using various TEM techniques with high spatial resolution, including BF/DF, SAED, HRTEM, STEM, EFTEM and EELS etc.. The study will be supplemented by XRD, DiFFaX XRD simulation, SAED simulation, HRTEM simulation, ab-initio calculation etc.. We hope to construct the relationship between the microstructures and the properties, which can give some inspirations to the development of the lithium cathode materials.
拟综合利用具有高空间分辨能力的透射电子显微学的各种研究方法，包括明暗场衍衬、选区电子衍射、高分辨像、扫描透射像、能量过滤像、电子能量损失谱等，对从尖晶石到相关的层状化合物最后到橄榄石晶体结构的几类典型的锂离子电池正极材料LiMn2O4、Li(Mn,Ni)O2以及到LiFePO4逐次进行晶体结构、缺陷、相变（随温度和电压等变化）、结构-电化学性能关系以及相关的物理性能进行研究，并结合能够有效得到整体信息的X射线衍射，配合相关电子衍射和显微学模拟计算、X射线衍射计算（如考虑缺陷影响的DiFFaX计算）、第一性原理和分子动力学计算，试图对功能导向的锂离子电池正极材料的晶体设计和制备进行探索。

结项摘要

近年来，锂离子电池作为重要的清洁能源受到广泛关注。而正极材料是决定锂离子电池电化学性能的关键因素。本项目拟通过电子显微学、X射线衍射等实验研究手段，结合DIFFaX模拟以及第一性原理计算等，研究几种典型的锂离子电池正极材料（LiMn2O4、Li(Mn,Ni)O2等）的微观结构、结构-电化学性能关系。项目的主要进展如下：（1）鉴定了富锂缺氧锂离子电池正极材料Li1.07Mn1.93O4-δ在室温下相的组成：主相为立方LiMn2O4相，而氧空位的存在导致样品中存在单斜Li2MnO3相、具有不同Jahn-Teller晶格畸变率的四方相等，并且对不同相的晶体结构、缺陷以及相变等进行了细致研究，解决了一些长期存在的关于Li1.07Mn1.93O4-δ微结构研究的困扰。电化学测试研究结果证实了氧缺乏而引起的杂相的存在对Li1.07Mn1.93O4-δ的综合电化学性能有全方位不利影响，特别是对锰酸锂的循环性能影响更加显著；（2）研究了合成温度、时间以及前驱体的性质对合成Li(Ni1-x-yCoxMny)O2材料物理属性和电化学性能的影响；上述结果表明相关锂离子电池正极材料在特殊条件下可能产生之前被研究人员忽视的晶体结构，而这些相的存在将极大影响电池的性能，这些结果为未来锂离子电池正极材料的加工与设计提供参考。同时，在此研究基础上，做了一些相关拓展研究：在透射电镜中成功构建了以氧化铜（正极）-固态电解质-钠（负极）的纳米尺度的钠电池。通过一系列充放电实验，原位实时表征氧化铜纳米线在钠离子嵌入过程原子尺度的结构演变。实验结果有助于更深层次认识电极反应机理和性能演化规律。总之，项目顺利完成了申请书中所提出的主要研究内容，相关后续研究工作也在进一步开展之中。

项目成果

期刊论文数量（27）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Twin Structures in CuO Nanowires
CuO 纳米线的孪生结构
  • DOI：
    10.1107/s1600576716001461
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Journal of Applied Crystallography
  • 影响因子：
    6.1
  • 作者：
    Sheng Huaping;Zheng He;Jia Shuangfeng;Li Lei;Cao Fan;Wu Shujing;Han Wei;Liu Huihui;Zhao Dongshan;Wang Jianbo
  • 通讯作者：
    Wang Jianbo
Mapping the force field of a hydrogen-bonded assembly.
绘制氢键组装体的力场
  • DOI：
    10.1038/ncomms4931
  • 发表时间：
    2014-05-30
  • 期刊：
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    16.6
  • 作者：
    Sweetman, A. M.;Jarvis, S. P.;Sang, Hongqian;Lekkas, I.;Rahe, P.;Wang, Yu;Wang, Jianbo;Champness, N. R.;Kantorovich, L.;Moriarty, P.
  • 通讯作者：
    Moriarty, P.
Formation and distribution of tetragonal phases in the Li1+alpha Mn2-alpha O4-delta at room temperature: Direct evidence from a transmission electron microscopy study
室温下 Li1 α Mn2-α O4-δ 中四方相的形成和分布：来自透射电子显微镜研究的直接证据
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Journal of Power Sources
  • 影响因子：
    9.2
  • 作者：
    Wang, Jianbo;Quan, Xuejun;Hu, Sujuan;Wu, Qingguo
  • 通讯作者：
    Wu, Qingguo
Atomistic Observation of Structural Evolution during Magnesium Oxide Growth
氧化镁生长过程中结构演化的原子观察
  • DOI：
    10.1021/acs.jpcc.6b08833
  • 发表时间：
    2016-12-01
  • 期刊：
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Cao, Fan;Zheng, He;Wang, Jianbo
  • 通讯作者：
    Wang, Jianbo
Anelasticity of twinned CuO nanowires
孪晶 CuO 纳米线的滞弹性
  • DOI：
    10.1007/s12274-015-0868-x
  • 发表时间：
    2015-09
  • 期刊：
    Nano Research
  • 影响因子：
    9.9
  • 作者：
    Li, Lei;Liu, Chun;Zhao, Dongshan;Wang, Jianbo
  • 通讯作者：
    Wang, Jianbo

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RE(RE=Dy, Er)元素对Mg-Zn系合金微观结构及力学性能的影响
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  • 期刊：
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  • 作者：
    刘小清;赵东山;叶礼;庄园林;高圣博;周嘉萍;桂嘉年;王建波
  • 通讯作者：
    王建波

其他文献

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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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