[01756420]锂离子电池硅碳复合负极材料的设计及其应用研究

本项目属于材料科学与工程专业中的高性能电极材料研发与技术应用领域。本项目组自2010年以来一直对锂离子电池高能量密度硅碳符合负极材料的基础研究、应用研究及其产业化方面进行了近十年的系统研究。在理论上运用第一性原理材料设计对硅碳复合负极材料循环膨胀的本征问题进行了系列创新研究,为电极材料循环性能提升和首次效率提升找到了科学本质,为该电极材料的实验研究和产业化技术应用提供了可靠依据,并取得了一系列造粒问题及运行成本进行了一系列的创新成果,经济和社会效应显著。具体包括： （1）运用第一性原理分子设计和分子动力学对纳米硅在脱嵌锂反应过程中的各种中间相化合物总能量、脱嵌锂形成能、几何结构、能带结构等进行理论分析,从电子结构层次探索宏观电化学性能的本质因素,为材料的改性设计与应用提供可靠依据。 （2）本项目运用最先进的电感耦合等离子体法制备高分散状态的水性体系纳米硅材料,同时与低成本规模化用湿法研磨法制备纳米硅材料相结合,为纳米硅碳复合负极材料的可控合成提高效率的低成本纳米硅原料。 （3）本项目利用闭式循环喷雾干燥技术和冷冻干燥技术相结合的方法进行纳米颗粒的一次、二次工业化包覆可控制备,为硅碳复合材料的低成本均匀化工业制备提供了有效的技术支持。 （4）本项目自首次以纳米化的天然鳞片石墨为载体与水系纳米硅进行一次造粒,在技术上进行了系列原始创新,运用纳米化天然石墨为载体的一次造粒技术达到国际领先水平,最后一人造石墨为载体进行二次包覆实现调控比容量及相关的物理化学技术指标。 （5）本项目发表高水平研究论文30余篇,申请发明专利13件,授权专利10件,实现技术成果转化1件,已经在生产中进行了推广应用。