核-壳型单离子导体修饰P(VDF-HFP)基聚合物电解质的结构设计与性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51404038
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Lithium ion batteries with polymer electrolytes can avoid explosion accidents resulting from the gas bulking and leakage of liquid electrolytes during the repeatedly charge-discharge cycling processes, which can be attributed to the polymer electrolytes without or with few liquid electrolytes. However, the polymer electrolytes are still kept away from the lithium ion battery area because of its lower ionic conductivity at room temperature and lithium ion transference number and worse mechanical property and interfacial stability. In this project, core-shell structural single ion conductor is firstly prepared by hydrolytic condensation, in-situ radical polymerization and ion exchange processes, and then the P(VDF-HFP)-based composite polymer electrolytes are obtained by modifing the as-prepared polymer electrolytes fabricated by casting and phase inversion methods with single ion conductor. Firstly, the interfacial stability and ionic conductivity at room temperature of the polymer electrolytes can be improved owing to the nanocrystallization of the single ion conductor and the interactions between the nano-single ion conductor and polymer matrix, respectively. Secondly, stabilized core structure of the single ion conductor will enhence the mechanical property of the as-prepared polymer electrolytes. Furthermore, the lithium ion transference number would be increased because more lithium ions can easily release from the shell of the single ion conductor. The study shows the influence law of the ionic conduction and interfacial property and mechanism of lithium ion migration in the composite polymer electrolytes doped with single ion conductor. These all can provide new ideas and theoretical guidance for the development and application of novel polymer electrolytes for lithium ion batteries.
聚合物电解质因其含微量或不含液态电解液,避免了所装配的锂离子电池在反复的充放电过程中因发生气胀或电解液泄漏而引发的爆炸等安全事故。但由于室温离子电导率低、机械性能差、界面稳定性差和锂离子迁移数低等缺点,制约了其在锂离子电池领域中的应用。本项目拟先通过水解-缩合、原位自由基聚合和离子交换制备核-壳结构的单离子导体,后将其用来修饰通过流延成膜-倒相法制备的电解质而得到P(VDF-HFP)基复合型聚合物电解质。利用纳米化的单离子导体和与聚合物基体的相互作用分别提高体系的界面稳定性和室温离子电导率;利用单离子导体稳定的内核结构改善所制备复合聚合物电解质的机械性能;利用单离子导体外壳易释放锂离子的特性提高体系中的锂离子迁移数。通过本项目的研究,揭示单离子导体修饰对复合聚合物电解质的离子传导机制、界面稳定特性及体系中的锂离子迁移途径的影响规律,为新型聚合物电解质的开发与应用提供新的思路和科学依据。

结项摘要

聚合物电解质因其含微量或不含液态电解液,避免了所装配的锂离子电池在反复的充放电循环中因发生气胀或电解液泄漏而引发的爆炸等安全事故。但由于其室温离子电导率低、机械性能差、界面稳定性差和锂离子迁移数低等缺点,严重制约了其在锂离子电池领域中的应用。本项目通过水解-缩合、原位自由基聚合和离子交换制备具有核-壳结构的单离子导体,后将其用来修饰制备P(VDF-HFP)基复合型聚合物电解质。研究结果表明,通过单离子导体与基体高分子长链间的Lewis酸碱作用,可以降低基体的结晶度来提高聚合物电解质体系的室温离子电导率;通过单离子导体稳定的内核结构可以改善其的机械性能;通过单离子导体纳米化结构独特的表面性能可以改善其界面性能;通过单离子导体外壳无定形结构的锂盐极易离解释放出自由移动的锂离子,可以增加载流子浓度来提高体系中的锂离子迁移数。通过工艺优化,使得制备的复合聚合物电解质的室温离子电导率高达3.9×10-3 S cm-1,锂离子迁移数达到0.48,且与钴酸锂正极和石墨负极材料间有较好的匹配性。Li/CPE/LiCoO2扣式电池在1 C和5 C的容量保持率经过200次循环后分别为97 %和96%;Li/CPEs/Graphite扣式电池在1 C下其放电比容量为288.5 mAh g-1,首次效率高达89.1 %。此外,本项目还制备并考察了Zr基有机-无机杂化材料掺杂制备复合聚合物电解质,其性能测试表明,有机-无机杂化Zr基材料掺杂制备的复合聚合物电解质具有优异的理化和电化学性能,基本上达到了项目的预期指标。通过本项目的研究,揭示了单离子导体修饰对复合聚合物电解质的离子传导机制、界面稳定特性及体系中的锂离子迁移途径的影响规律,为新型聚合物电解质的开发与应用提供了新的思路和科学依据。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
DFT Analysis of the Adsorption of Methyl Nitrate on Al2O3 Surfaces
硝酸甲酯在 Al2O3 表面吸附的 DFT 分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Bulletin of the Korean Chemical Society
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Y Wang;X Yan;W Xiao;Y Shao
  • 通讯作者:
    Y Shao
Novel silicon–oxygen–carbon composite with excellent cycling steady performance as anode for lithium-ion batteries
具有优异循环稳定性能的新型硅-氧-碳复合材料作为锂离子电池负极
  • DOI:
    10.1007/s11581-015-1391-5
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Ionics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    W. Xiao;C. Miao;X. Yan;P. Mei
  • 通讯作者:
    P. Mei
Effect of various electrophoretically deposited nano-silica contents on the properties of poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)-based electrospun polymer electrolytes
不同电泳沉积纳米二氧化硅含量对聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚电纺聚合物电解质性能的影响
  • DOI:
    10.1002/pi.5050
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Polymer International
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    W. Xiao;C. Miao;X. Yan;P. Mei
  • 通讯作者:
    P. Mei
Enhancement of electrochemical stability about silicon/carbon composite anode materials for lithium ion batteries
锂离子电池硅/碳复合负极材料电化学稳定性的增强
  • DOI:
    10.1155/2015/926256
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    J. Nanomaterials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    W. Xiao;C. Miao;X. Yan;Q. Sun;P. Mei
  • 通讯作者:
    P. Mei
Enhanced performance of P(VDF-HFP)-based composite polymer electrolytes doped with organic-inorganic hybrid particles PMMA-ZrO2 for lithium ion batteries
掺杂有机-无机杂化颗粒PMMA-ZrO2的P(VDF-HFP)基复合聚合物电解质增强锂离子电池性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    W. Xiao;Z. Wang;Y. Zhang;R.i Fang;Z. Yuan;C. Miao;X. Yan;Y. Jiang
  • 通讯作者:
    Y. Jiang

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电沉积制备金属锡薄膜负极材料及其电化学性能研究
  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    肖围
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    10.1172/jci87588
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    2024-09-13
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    肖围;满瑞林;缪畅;彭天兰
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    --
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  • 通讯作者:
    肖围
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  • DOI:
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    --
  • 作者:
    谭燚;王家乐;文敏玥;缪畅;肖围
  • 通讯作者:
    肖围

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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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