锂离子电池中高安全系数固体电解质体系及其对锂枝晶生长的微观机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21676242
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0809.光化学与电化学工程
  • 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

High energy and high power lithium-based batteries are attractive to many today’s technological devices. However, lithium-based batteries suffer one major problem, the safety problem - dendrite induced short-circuit or explosion. Electrolyte configurations that improve uniformity of electrodeposition on battery charge are critical barriers to the safe use of these batteries. Regarding to the dendrite-induced short-circuit, we design a solid electrolyte system of ionic liquid-nanoparticle-macromolecule composites to solve the safety problem in batteries. Specifically, various kinds of ionic liquid chains are tethered to the surface of nanoparticles with different shapes and chemistry, and product is then blended with polymer binder to form ionic liquid-nanoparticle-macromolecule solid electrolyte. By tuning the structure, the physical and chemical properties, and the interactions with polymer component, we are able to simultaneously improve the mechanical strength and ionic conductivity, and thus reduce the space charge and suppress the lithium dendrites from puncturing the battery separator, and eventually increase the cell lifetime. Through systematic investigation of the effectiveness of ionic liquid-nanoparticle species and types, physical and chemical properties, and reaction conditions on lithium dendrite formation, the mechanism of solid electrolytes suppress dendrite is clarified, the factors that increase cell lifetime are determined, the relationship between electrolyte structure and dendrite suppression is illustrated. This work will provide a theoretical basis for the mechanism of lithium dendrite formation and propagation.
高能量大功率锂电池备受关注,但却面临重大安全问题:锂枝晶导致的短路或爆炸,而电解质结构对于锂沉积形貌和电池安全起着决定性的作用。因此,针对锂枝晶产生的电池短路这一关键科学问题,构建离子液体-纳米微粒-高分子三元固体电解质体系解决电池安全问题。通过调控离子液体纳米微粒的组成结构、物化性能以及与高分子组分的相互作用,将不同种类的离子液体接枝在不同形貌、成分的纳米微粒上,并与高分子粘合剂组合,制备离子液体-纳米微粒-高分子三元固体电解质,可达到同时实现提高机械强度和电导率的目的,从而减小空间电荷并防止锂枝晶刺穿隔膜,延长电池寿命。本项目除了通过系统研究离子液体-纳米微粒-高分子三元固体电解质的组成结构与物化性质及反应条件对锂枝晶生长的影响之外,还将进一步归纳出固体电解质抑制锂枝晶的基本原理,确定延长电池寿命的重要决定因素,阐明电解质结构与抑制锂枝晶之间的关系,为锂枝晶生长的微观机理提供理论依据。

结项摘要

高能量大功率锂电池备受关注,但却面临重大安全问题:锂枝晶导致的短路或爆炸,而电解质结构对于锂沉积形貌和电池安全起着决定性的作用。因此,针对锂枝晶产生的电池短路这一关键科学问题,本项目通过五个方面对其进行深入研究,包括:1.电解质电极界面锂离子迁移扩散调控;2.机械强度增强骨架抑制负极锂枝晶生长;3.高性能电解质设计与锂金属沉积形貌调节;4.固态电解质与全固态电极界面设计;5.离子液体杂化碳骨架实现高性能锂硫全电池。本项目所设计的软包电池在接近工业化条件下(50微米超薄锂,>4mah cm-2正极,贫量电解液)获得了稳定的循环性能,其能量密度可达300Wh kg-1,为固态锂金属电池的工业化做出了重要贡献;同时,所提出的抑制锂枝晶的方法受到同行的广泛关注,在国际上产生了重要影响。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(15)
Hierarchical Co3O4 Nanofiber-Carbon Sheet Skeleton with Superior Na/Li-Philic Property Enabling Highly Stable Alkali Metal Batteries
多级Co3O4纳米纤维-碳片骨架具有优异的亲Na/Li特性,可实现高度稳定的碱金属电池
  • DOI:
    10.1002/adfm.201808847
  • 发表时间:
    2019-05-09
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Li, Siyuan;Liu, Qilei;Lu, Yingying
  • 通讯作者:
    Lu, Yingying
Rational design of robust-flexible protective layer for safe lithium metal battery
安全锂金属电池鲁棒柔性保护层的合理设计
  • DOI:
    10.1016/j.ensm.2018.09.015
  • 发表时间:
    2019-03-01
  • 期刊:
    ENERGY STORAGE MATERIALS
  • 影响因子:
    20.4
  • 作者:
    Li, Siyuan;Fan, Lei;Lw, Yingying
  • 通讯作者:
    Lw, Yingying
Tuning the LUMO Energy of an Organic Interphase to Stabilize Lithium Metal Batteries
调节有机界面相的 LUMO 能量以稳定锂金属电池
  • DOI:
    10.1021/acsenergylett.8b02483
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    ACS Energy Letters
  • 影响因子:
    22
  • 作者:
    Zhang Weidong;Zhang Shuoqing;Fan Lei;Gao Lina;Kong Xueqian;Li Siyuan;Li Jing;Hong Xin;Lu Yingying
  • 通讯作者:
    Lu Yingying
Recent Progress of the Solid-State Electrolytes for High-Energy Metal-Based Batteries
高能金属基电池固态电解质的最新进展
  • DOI:
    10.1002/aenm.201702657
  • 发表时间:
    2018-04-16
  • 期刊:
    ADVANCED ENERGY MATERIALS
  • 影响因子:
    27.8
  • 作者:
    Fan, Lei;Wei, Shuya;Lu, Yingying
  • 通讯作者:
    Lu, Yingying
A "cation-anion regulation" synergistic anode host for dendrite-free lithium metal batteries.
无枝晶锂金属电池的“阳离子-阴离子调节”协同阳极主体
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aar4410
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Science advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Zhang W;Zhuang HL;Fan L;Gao L;Lu Y
  • 通讯作者:
    Lu Y

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金属锂电池的热失控与安全性研究进展
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张世超;沈泽宇;陆盈盈
  • 通讯作者:
    陆盈盈
气候变化对农业全要素生产率的影响及对策——以冬小麦为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    农村经济
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林光华;陆盈盈
  • 通讯作者:
    陆盈盈

其他文献

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锂电高效储能机制及结构调控
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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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