纳米硅可控制备、储锂性能调控及其在硅碳复合负极材料中的应用基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675275
  • 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:
    E0509.加工制造
  • 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

Silicon/carbon (Si/C) composites based on nano-sized Si have been recognized as critical anode materials for next-generation high-energy lithium-ion batteries (LIBs). Currently, the large scale production of Si nanostructures with low cost, optimal internal composition and superior Li storage property has become the main technical bottleneck limiting the practical application of the Si/C composite anodes. In this project, we propose a “top-down” and high-efficient route to produce Si nanostructures with controllable intrinsic Li storage properties and apply the optimized nano-Si into high-performance Si/C composites. Specifically, first of all, the micro-, submicro-Si intermediate products are efficiently fabricated from crystalline Si bulk materials with various doping characteristics by means of mechanical grinding or spark discharge method. Subsequently, the particle size can be further reduced to dozens of nanometers using high-energy ball milling and purification technique, resulting in nano-Si with a variety of morphology, dimensions and doping characteristic. On the basis of these combination processes, a novel processing technical system can be established with more scalable and cost-effective target. The intrinsic Li storage properties of different Si nanostructures are systematically evaluated by an integrated method with the combination of ‘porous electrode’ and ‘single-particle microelectrode’ measurements. The correlationship between characteristics of doping (e.g., type, element and concentration) and reaction kinetic parameters will be mathematically analyzed, revealing the regulating effect of doping characteristics on the lithiation/delithiation processes of nano-Si. A quantitative analysis evaluation system for the Li storage property of electrode active materials will be established in accordance with such investigation results. Finally, the nano-Si with optimized internal composition and best intrinsic Li storage property will be used for the preparation of Si/C composite materials. By optimizing the compatibility and the electrochemical interface characteristics of Si/C composites, the research of this new sort of anode materials will mainly focus on superior cycling stability and rate capability to make an important breakthrough in the key generic technologies of high-energy LIBs.
基于纳米硅的硅碳复合材料是高比能锂离子电池负极亟待突破的重要体系。本项目针对高性能纳米硅的低成本制备技术瓶颈,提出一种高质高效、自顶而下的纳米硅制备方法,通过硅本征储锂性能调控,开展硅碳复合材料应用基础研究。从半导体复合加工方法入手,以不同掺杂特性晶体硅为原料,采用机械磨削或火花放电法高效预制备微米/亚微米级硅材料,进而通过高能球磨法将尺寸缩减至数十纳米,获得不同形貌、尺寸和掺杂特性纳米硅,建立全新的高效低成本规模化制备技术体系;采用多孔电极和“微电极”组合方法对纳米硅本征储锂性能进行系统表征,建立掺杂类型、元素和浓度与反应动力学参数间的关联规律,揭示不同掺杂特性对纳米硅储锂过程的调控机制,探索电极材料储锂性能定量分析和评价方法;基于纳米硅技术制备硅碳复合材料,优化硅碳材料间相容性和电化学界面特性,开展储锂性能优异的硅碳复合材料关键技术研究,实现高比能锂离子电池产业共性关键技术的重要突破。

结项摘要

基于纳米硅的硅碳复合材料是高比能锂离子电池负极亟待突破的重要体系。本项目针对高性能纳米硅的低成本制备技术瓶颈,提出一种高质高效、自顶而下的纳米硅制备方法,通过硅本征储锂性能调控,开展硅碳复合材料应用基础研究。从半导体复合加工方法入手,以不同掺杂特性晶体硅为原料,采用机械磨削或火花放电法高效预制备微米/亚微米级硅材料,进而通过高能球磨法将尺寸缩减至数十纳米,获得不同形貌、尺寸和掺杂特性纳米硅,建立全新的高效低成本规模化制备技术体系;采用多孔电极和“微电极”组合方法对纳米硅本征储锂性能进行系统表征,建立掺杂类型、元素和浓度与反应动力学参数间的关联规律,揭示不同掺杂特性对纳米硅储锂过程的调控机制,探索电极材料储锂性能定量分析和评价方法;基于纳米硅技术制备硅碳复合材料,优化硅碳材料间相容性和电化学界面特性,开展储锂性能优异的硅碳复合材料关键技术研究,实现高比能锂离子电池产业共性关键技术的重要突破。

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(1)
专利数量(2)
Nitrogen-doped graphdiyne nanowall stabilized dendrite-free lithium metal anodes
氮掺杂石墨二炔纳米壁稳定的无枝晶锂金属负极
  • DOI:
    10.1039/c9ta09551a
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Tao Jiang;Ke Chen;Jingjing Wang;Zhongli Hu;Gulian Wang;Xu-Dong Chen;Pengfei Sun;Qiaobao Zhang;Chenglin Yan;Li Zhang
  • 通讯作者:
    Li Zhang
Organic polymeric filler-amorphized poly(ethylene oxide) electrolyte enables all-solid-state lithium–metal batteries operating at 35 °C
有机聚合物填料-非晶化聚环氧乙烷电解质使全固态锂金属电池能够在 35 C 下运行
  • DOI:
    10.1039/d0ta00335b
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Gulian Wang;Xingyu Zhu;Arif Rashid;Zhongli Hu;Pengfei Sun;Qiaobao Zhang;Li Zhang
  • 通讯作者:
    Li Zhang
Strongly Coupled MoS2 Nanocrystal/Ti3C2 Nanosheet Hybrids Enable High-Capacity Lithium-Ion Storage
强耦合 MoS2 纳米晶体/Ti3C2 纳米片混合材料可实现高容量锂离子存储
  • DOI:
    10.1002/cssc.201902702
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemsuschem
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Hu Zhongli;Kuai Xiaoxiao;Chen Juntong;Sun Pengfei;Zhang Qiaobao;Wu Hong-Hui;Zhang Li
  • 通讯作者:
    Zhang Li
Study on the Model of Ultrasonic Grinding of Hard and Brittle Materials
硬脆材料超声磨削模型的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Agro Food Industry Hi-Tech
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Miao Xinghua;Wang Wei;Liu Bin;Ding Ruixiang;Yuan Qiuling
  • 通讯作者:
    Yuan Qiuling
脉冲放电和高能球磨组合制备纳米硅颗粒的储锂性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电加工与模具
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙洪凯;赵明才;张娟;曹祥威;汪炜
  • 通讯作者:
    汪炜

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P型太阳能级硅电火花线切割机理及工艺研究
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    黄因慧
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    邱明波;刘志东;田宗军;汪炜;黄因慧
  • 通讯作者:
    黄因慧
单晶硅电火花线切割表面损伤层形成机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘志东;高连;邱明波;田宗军;汪炜
  • 通讯作者:
    汪炜
点杂多晶太阳能硅片电解磨削多线切割试验研究
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    章恺;汪炜
  • 通讯作者:
    汪炜
肠道机器人扩张机构设计与优化
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    光学精密工程
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  • 作者:
    汪炜;颜国正;王志武;高晋阳;姜萍萍;刘大生;赵凯
  • 通讯作者:
    赵凯

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多场耦合脉冲放电制备硅纳米颗粒及其在局域硼背场高效晶硅太阳能电池中的应用基础研究
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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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