动力型化学储电材料设计、合成及其应用

   本项目属于新能源材料领域，与动力电池相关的材料学科。 
   具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长等优点的动力型化学储电材料（如动力锂电池材料、超级电容器材料）在电动汽车等领域的需求日益扩大。开发环保、低成本、高能、结构稳定的化学储电功能材料是近年研究的热点。储电材料的功能化设计能够显著提升储电材料的大倍率充放电性能。本项目围绕化学储电材料应用，开展了材料的结构设计、制备，在高性能锂离子电池和超级电容器领域的创新及其应用有着重要意义。 
   本项目依托国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、锂电池企业委托项目，围绕“大倍率充放电储电材料结构设计、制备及其应用”，通过试验研究-机理分析-材料应用的综合研究方法，取得的成果如下： 
（1）动力型化学储电材料的制备及其结构改性。提高储电材料的离子扩散能力是获得大倍率充放电材料的关键。在动力型储电材料制备中，无机材料的纳米化比较容易实现和控制，但在后续处理中也容易发生团聚。课题组发现少层石墨烯可以有效分散、负载纳米化电极材料，同时可以显著提高电极材料的导电性，有效提高所得复合材料的大倍率充放电性能。同时我们将传统的碳包覆材料和石墨烯复合储电材料的动力学参数进行了详细的对比研究，提出了有效碳包覆模型来解释普通碳包覆和石墨烯复合所引起电化学性能的异同。此外，通过储电材料结构掺杂、改进合成方法等技术亦有效提高材料的快速充放电性能。该部分工作从材料晶体结构上探讨了离子扩散关键因素，针对性的合成，实现了储电材料的大倍率充放电能力。 
（2）动力型化学储电材料结构设计及机理研究。锂离子在储电材料结构中迁移的能力直接影响其大倍率充放电性能，本项目系统研究了锂离子在层状储电材料HNb3O8、V2O5中迁移行为，并制备了插层型聚苯胺/过渡金属氧化物复合材料。建立复合储电材料的结构模型，深入阐释了材料的快速充放电机制，掌握了复合材料层间Li+离子迁移机制。拓展了从微观结构解释离子快速迁移和材料快速充放电性能的研究方法。 
（3）动力型化学储电材料的产业化应用。 镍锰酸锂材料自身具有优良的导电性，其电化学性能与界面层Mn3+含量密切相关，一定量Mn3+有利于Li+在镍锰酸锂界面层的扩散，从而表现出较高的比容量和大倍率充放电性能。然而，Mn3+易发生歧化反应，生成的Mn2+溶入电解液对镍锰酸锂的循环性能带来严重影响。因此，本项目通过合成方法、表面包覆等技术，优化该材料的制备工艺，并且在材料表面构建纳米复合层，既保证了界面层的Mn3+，又阻碍了Mn2+的溶出，成功实现了复合材料优良的大倍率充放电性能和循环性能，该成果也得到动力型锂电池企业的关注和应用。 
8篇代表作共计他引525次（含SCI他引500次），单篇最高SCI他引126次，3篇入选ESI高被引论文，获授权中国发明专利3件。此外，发表与本项目内容直接相关的SCI论文79篇，SCI他引共计2102次。