冷冻干燥法制备高性能Li3V2（PO4）3/C锂离子电池正极材料

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51102010
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    刘海梅
  • 依托单位：
    上海电力大学
  • 学科分类：
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2014-12-31

项目摘要

Li3V2（PO4）3（LVP）由于具有较高的比容量和放电平台及优良的循环稳定性，是一种有重要应用前景的锂离子电池正极材料。传统制备方法由于需要在高温烧结导致其粒子尺寸比较大，锂离子的扩散距离较长，直接影响LVP的电化学性能，特别是倍率性能。本研究针对LVP所存在的锂离子扩散系数较低的问题，提出利用冷冻干燥技术在LVP胶体粒子生长初期将其瞬间冷冻，在颗粒之间建立有效空间位阻，制备尺寸可控粒径分布均匀的电极材料，有望缩短锂离子的扩散路径，解决其离子导电性差的问题；在此基础上，进一步通过碳包覆提高材料的电子导电性，制备可逆容量大、倍率性能好、循环稳定性高的复合电极材料LVP/C。利用电化学测试方法系统评价LVP/C复合材料中的锂离子可逆嵌入/脱出和电子传导行为，探索冷冻干燥制备技术与材料结构性能之间的内在关联，为制备高性能锂离子电池材料提供有参考价值的理论依据和制备方法。

结项摘要

本基金的目的是采用冷冻干燥过程辅助的溶胶凝胶法制备具有优异电化学性能的磷酸钒锂锂离子电池正极材料。首先，我们采用一种简洁的瞬间冷冻干燥方法，成功制备出了核壳结构的Li3V2(PO4)3@C正极材料，该材料在电压窗口3.0-4.3V范围内，表现出了优异的倍率性能和循环稳定性；这归因于Li3V2(PO4)3电极表面形成了完整均匀的碳包覆层。其次，采用简便的原位方法，制备出了氮掺杂碳包覆的Li3V2(PO4)3电极材料。Li3V2(PO4)3颗粒表面完整密实地包覆了一层氮掺杂碳包覆层，其中掺杂的客体氮原子均匀的分布在碳包覆层之中。氮掺杂碳包覆层显著地改善了Li3V2(PO4)3材料的电子导电性，因此该材料表现出了及其优异的倍率性能和循环稳定性。当放电倍率从0.5C增加到50C的时候，该材料的放电比容量仅从119.5 mAh g-1 衰减到了 110.8 mAh g-1，容量保持率达到了93%。最后，一种非常新颖的改性方法，B掺杂碳包覆，首次被应用于修饰锂离子电池电极材料。这种修饰方法在Li3V2(PO4)3正极材料上也体现出了优异的改性效果。基于对掺杂量不同的B 掺杂碳包覆Li3V2(PO4)3电极材料的XPS，拉曼和电化学阻抗测试结果的详细分析发现，在碳层中不同的B掺杂类型中（B4C, BC3, BC2O 和 BCO2），类石墨化BC3掺杂种类，对改善碳包覆Li3V2(PO4)3电极表面的电子导电率和电化学活性起到了巨大的促进作用。相较于纯粹碳包覆的Li3V2(PO4)3电极材料， 适量B掺杂.碳包覆的Li3V2(PO4)3电极材料表现出了更为优异的电化学性能。例如，在电压窗口3.0-4.3V内，在1C和20C倍率下，该样品的首次比容量分别为122.5 和118.4 mAh g-1，循环200周后，容量保持率均接近100%。上述各部分工作已经分别发表在Journal of Material Chemistry, New Journal of Chemistry和Advanced Functional Materials上面。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（6）
专利数量（1）
Towards highly stable storage of sodium-ions-a porous Na3V2(PO4)3/C cathode materials of sodium-ion batteries
迈向钠离子的高度稳定存储——多孔Na3V2(PO4)3/C钠离子电池正极材料
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Chemistry - A European Journal
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Wei Shen,;Cong Wang,;Haimei Liu*,;Wensheng Yang*
  • 通讯作者：
    Wensheng Yang*
Nitrogen-doped carbon coated Li3V2(PO4)(3) derived from a facile in situ fabrication strategy with ultrahigh-rate stable performance for lithium-ion storage
氮掺杂碳涂层 Li3V2(PO4)3 采用简便的原位制造策略，具有超高速稳定的锂离子存储性能
  • DOI：
    10.1039/c3nj01021j
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    New Journal of Chemistry
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Wang Cong;Shen Wei;Liu Haimei
  • 通讯作者：
    Liu Haimei
Synthesis and characterization of self-bridged silver vanadium oxide/CNTs composite and its enhanced lithium storage performance
自桥银钒氧化物/碳纳米管复合材料的合成、表征及其增强的储锂性能
  • DOI：
    10.1039/c2nr33091a
  • 发表时间：
    2013-01-01
  • 期刊：
    NANOSCALE
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Liang, Liying;Liu, Haimei;Yang, Wensheng
  • 通讯作者：
    Yang, Wensheng
Fabrication of VO2(B) hybrid with multiwalled carbon nanotubes to form a coaxial structure and its electrochemical capacitance performance
VO2(B)与多壁碳纳米管杂化同轴结构的制备及其电化学电容性能
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2013.01.111
  • 发表时间：
    2013-05
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Liang, Liying;Liu, Haimei;Yang, Wensheng
  • 通讯作者：
    Yang, Wensheng
B-doped Carbon Coating Improves the Electrochemical Performance of Electrode Materials for Li-ion Batteries
硼掺杂碳涂层改善锂离子电池电极材料的电化学性能
  • DOI：
    10.1002/adfm.201401006
  • 发表时间：
    2014-09-17
  • 期刊：
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子：
    19
  • 作者：
    Wang, Cong;Guo, Ziyang;Wang, Yonggang
  • 通讯作者：
    Wang, Yonggang

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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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