[00022768]自然分級結構遺態功能材料在鋰電池中的應用
技術詳細介紹
項目簡介：
?
??? 受自然的啟迪，本團隊將通過原位石墨化及結構傳承將農業廢棄物轉變成高容量、高穩定的鋰電池。本項目以具有自然生物分級多孔結構的生物體為模板，研究表面有機化學組成，針對不同的前驅體和模板，通過對天然高分子的表面處理或化學改性，選擇不同的方法，在生物模板多層次、分級精細結構中復合電化學活性材料，如金屬氧化物（SnO2, Fe2O3, Co3O4, NiO, Cu2O, MnxOy），使所得的材料能夠傳承生物體為適應生存進化而來的分級多孔結構，同時通過氮氣氛高溫燒結保留來源于天然高分子的碳基體。通過所傳承的非人工所能合成的生物精細結構與金屬氧化物電化學活性的耦合以及保留的碳基體提供的高循環穩定性和導電性，有望制備得到高倍率容量、高循環穩定性的鋰電池負極材料。建立分級多孔結構與電池性能關系的理論模型，這將為鋰電池電極新材料的理論和實際應用提供技術原型和支持。
? ?
?
創新性、先進性：
??? 本項目將以具有分級多孔精細結構的生物材料為模板，利用模板仿生制備技術，通過合成工藝的控制來獲得具有不同度、形貌和分級結構的鋰電池復合材料（如氧化鈦、氧化錫、Si、氧化鐵等）目標材料。相關研究工作不但可以提高我國在鋰電池的關鍵材料在基礎研究方面的理論水平，而且相關研究成果可以為開發國家迫切需求的高性能鋰電池負極材料奠定基礎。
? ?
?
應用范圍：
??? 鋰離子電池具有工作電壓高、重量輕、自放電小、循環壽命長、無記憶效應、無環境污染、安全性好等優點，廣泛應用于攝像機、移動電話、筆記本電腦以及便攜式測量儀器等電子裝置，是未來電動汽車、航天、衛星、飛船、潛艇、水下機器人等高能動力電池的首選電源。
?
??
經濟與社會效益：
??? 據統計，僅手機電池一項的負極材料需求量為4000 噸/年，隨著電動汽車的迅速發展，作為鋰電池負極材料更具光明前景。據統計，到2020 年世界上鋰電池負極材料的銷售額將會達到28 億美元。我國對鋰電池的研究幾乎與國際同步，形成規模生產卻落后許多。迄至目前，研究單位數以百計，但不少是重復的工作。有的雖然有所創新但仍未能形成規摸生產。日本在鋰電池的研制和應用方面目前處于世界領先地位。但現狀國內未有高性能的鋰電池出現，即在高電壓和大電容上未有所突破。為了進一步提高鋰電池效率，還需要發現新的料材，提出新的構思、設計新的結構。以鋰電池電極材料中的負極材料為突破口，形成有自主知識產權的理論和材料制備技術平臺，為我國鋰電池產業領域的關鍵材料的開發提供理論和技術支撐。
??
?
項目進展現狀：
??? 已經具有高性能實驗室產品。
?
?
自主產權情況：
??? 相關材料已經申請和授權國家專利4項。
?
? ?
項目相關照片：
?
圖1： 自然界織物結構模板 之 RHC-SnO2-C 納米復合材料合成示意圖
圖2： 分級多孔結構 之 RHC-SnO2-C 納米復合材料SEM圖及BET曲線
?
?
圖3： 原位石墨化及碳包覆過程 之 RHC-SnO2-C 納米復合材料TEM圖
?
圖4： 電池性能測試結果
???
?
項目合作要求：
??? 以合作研發的形式進行工業化可行性研究。
?
