二次锂电池表界面电子结构的同步辐射光谱学研究

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基本信息

项目摘要

This project plans to employ the SiPME2 soft x-ray absorption and photoemission spectroscopy beamline and hard x-ray absorption fine structure spectroscopy beamline, combined with the thin-film electrode growth and in-situ characterization techniques, to systematically study the electronic structures of surfaces/interfaces in Li batteries, which is an important but the least understood scientific problem. We plan to extensively investigate the formation, growth, and evolution mechanism of interfaces in novel Li-ion batteries by multiple spectroscopic techniques with elemental selectivity and surface sensitivity. In particular, we plan to explore, from the point of view of electronic structure, the evolution pattern of interfacial electron double layer, ion transport and diffusion, local distortion of crystal structure, strength of orbital hybridization, interfacial band bending, and the relationship between these fundamental physical mechanisms and macroscopic properties such as the increase of impedance, degradation of electrolyte, and capacity fading. The ultimate goal of this project is to provide new scientific evidences to improve the battery performance. Further, this project will promote the experimental capability of the related beamlines for the in-situ characterization of electronic structure, and provide novel methodology and platform for the Li-battery research.
本项目拟利用上海同步辐射光源新建的SiPME2软X光吸收谱和光电子谱线站,硬X光XAFS线站,结合薄膜电极制备和原位表征技术,对锂电池表界面电子结构这一关键科学问题开展系统研究。我们计划结合多种X光谱学方法,利用谱学方法的元素选择性和表面敏感性,广泛研究多种新型锂离子电池和全固态电池中表界面的形成、生长和变化机制。特别是从电子结构的角度揭示界面双电层、离子输运和扩散、局域晶格扭曲、轨道杂化强度、界面能带弯曲等微观机制的演化规律,以及表界面基本物性与界面阻抗增加、电解质降解、容量衰减等宏观性能之间的构效关系,为进一步提高锂电池性能提供新的科学依据。通过项目的实施,还将提高相关实验线站的原位电子结构实验能力,为我国锂电领域提供新的表征手段和研究平台。

结项摘要

本项目依托上海光源吸收谱学实验站,发展了适用于固-气、固-液和固-固界面的原位测量装置。在硫化物和氧化物电极中开展了阴离子活化的电子结构研究,系统阐明了过渡金属与配体阴离子的杂化作用对体相阴离子活化的影响;在此基础上,初步澄清了活化过程对电解液界面演化的影响。系统研究了石榴石型电解质与正负极的界面稳定性,阐明了电解质-正极界面稳定的起源以及电解质表面碳酸锂积聚的机制,提出了利用转化反应改善锂负极-电解质界面稳定性的新思路,为全固态电池的商业化提供了指导。本项目整体上按照计划执行,达到了既定目标,已发表文章15篇,获得专利授权1项,培养研究生5名及博士后2名。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Charge compensation and capacity fading in LiCoO2 at high voltage investigated by soft x-ray absorption spectroscopy
软 X 射线吸收光谱研究高电压下 LiCoO2 的电荷补偿和容量衰减
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/27/10/107802
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Long Xing-Hui;Wu Yan-Ru;Zhang Nian;Yu Peng-Fei;Feng Xue-Fei;Zheng Shun;Fu Jia-Min;Liu Xiao-Song;Liu Na;Wang Meng;Xu Lei-Min;Chen Jin-Ming;Lee Jenn-Min
  • 通讯作者:
    Lee Jenn-Min
Exotic ferromagnetism in the two-dimensional quantum material C3N
二维量子材料 C3N 中的奇异铁磁性
  • DOI:
    10.1007/s11467-017-0741-3
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Frontiers of Physics
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Huang Wen-Cheng;Li Wei;Liu Xiaosong
  • 通讯作者:
    Liu Xiaosong
Anionic Redox Regulated via Metal–Ligand Combinations in Layered Sulfides
通过层状硫化物中的金属配体组合调节阴离子氧化还原
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Tian Wang;Heyi Xia;Guoxi Ren;Zulipiya Shadike;Taoqing Huang;Xunlu Li;Siyu Yang;Mingwei Chen;Pan Liu;Shangpeng Gao;Xiaosong Liu;Zhengwen Fu
  • 通讯作者:
    Zhengwen Fu
Garnet Electrolytes with Ultralow Interfacial Resistance by SnS2 Coating for Dendrite-Free all-Solid-State Batteries
通过 SnS2 涂层实现超低界面电阻的石榴石电解质,用于无枝晶全固态电池
  • DOI:
    10.1021/acsaem.1c00193
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Energy Materials
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhou Deng;Ren Guo-Xi;Zhang Nian;Yu Peng-Fei;Zhang Hui;Zheng Shun;Tian Zong-Wang;Du Si-Yuan;Chen Jun-Xiong;Liu Xiao-Song
  • 通讯作者:
    Liu Xiao-Song
Enhanced orbital anisotropy through the proximity to a SrTiO3 layer in the perovskite iridate superlattices
通过接近钙钛矿铱酸盐超晶格中的 SrTiO3 层增强轨道各向异性
  • DOI:
    10.1103/physrevb.104.075156
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physical Review B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Huang Wencheng;Liu Wanling;Shao Yu-Cheng;Feng Xuefei;Zhang Nian;Fu Jiamin;Lee Jenn-Min;Shen Dawei;Chuang Yi-De;Liu Xiaosong
  • 通讯作者:
    Liu Xiaosong

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其他文献

Charge Distribution on S and Intercluster Bond Evolution in Mo6S8 During the Electrochemical Insertion of Small Cations Studied by X-ray Absorption Spectroscopy
X射线吸收光谱研究小阳离子电化学插入过程中Mo6S8中S的电荷分布和簇间键演化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    Journal of physical chemistry letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于鹏飞;龙兴辉;张念;冯雪飞;傅佳敏;郑顺;任国玺;刘志;王诚;刘啸嵩
  • 通讯作者:
    刘啸嵩
Charge Distribution on S and Intercluster Bond Evolution in Mo6S8 During the Electrochemical Insertion of Small Cations Studied by X-ray Absorption Spectroscopy
X射线吸收光谱研究小阳离子电化学插入过程中Mo6S8中S的电荷分布和簇间键演化
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    The journal of physical chemistry letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于鹏飞;龙兴辉;张念;冯雪飞;傅佳敏;郑顺;任国玺;刘志;王诚;刘啸嵩
  • 通讯作者:
    刘啸嵩
Charge compensation and capacity fading in LiCoO2 at high voltage investigated by soft x-ray absorption spectroscopy
软 X 射线吸收光谱研究高电压下 LiCoO2 的电荷补偿和容量衰减
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    龙兴辉;吴颜如;张念;于鹏飞;冯雪飞;郑顺;傅佳敏;刘啸嵩;柳娜;王梦;徐磊敏;陈锦明;李振民
  • 通讯作者:
    李振民
In-situ Formation of a Bifunctional Interlayer Enabled by Conversion Reaction to Initiatively Prevent Lithium Dendrite in Garnet Solid Electrolyte
通过转化反应原位形成双功能中间层主动防止石榴石固体电解质中的锂枝晶
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Energy & Environmental Materials
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    傅佳敏;于鹏飞;张念;任国玺;郑顺;黄文程;龙兴辉;李泓;刘啸嵩
  • 通讯作者:
    刘啸嵩
石榴石型固态电解质表界面问题及优化的研究进展
  • DOI:
    10.7498/aps.69.20201533
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张念;任国玺;章辉;周櫈;刘啸嵩
  • 通讯作者:
    刘啸嵩

其他文献

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刘啸嵩的其他基金

锂空气电池中尖晶石催化材料电子结构与性能的软X射线光谱学研究
  • 批准号:
    21473235
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    92.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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