[01799734]高比能电池关键电极的结构设计与机理研究

该项目属于化学化工、能源和材料科学的前沿交叉领域,旨在从理论上解决锂金属电池迅速衰减的问题,为其实际应用奠定基础。课题来源于国家自然科学基金委员会、中组部以及天津市科技局的支持。 锂金属的比容量是传统石墨负极的十倍,可以极大提高锂离子电池的能量密度。然而锂金属在沉积/溶解过程中伴随着体积应变和枝晶生长,使得电极机械稳定性差。同时电极表面的电荷尖端富集使锂沉积不均匀。该项目针对锂金属负极的衰减等问题系统地开展了创新研究。主要研究内容包括：（1）发展了石墨烯复合锂金属材料,解决了锂金属负极的机械强度低、加工成型性和化学稳定性差的问题,获得性质稳定的复合锂金属负极。（2）发现了电荷对锂在骨架中沉积行为影响的规律,成功设计构筑了离子电子混合导体骨架复合锂金属负极,解决了锂负极沉积不均匀的问题,实现了锂金属负极高容量高倍率稳定循环。（3）提出了动态力学耦合消除锂枝晶的新概念,引入磁场以及制备仿贝壳结构和纳米晶锂金属等复合负极材料,实现了对枝晶的消除和锂金属电池的安全应用。 主要创新点：（1）提出了金属复合材料提高金属负极机械性能、混合导体骨架诱导锂均匀沉积、动态力学调控消除锂枝晶等思路。为金属负极材料研究提供了新思路。（2）制备了石墨烯复合锂金属材料、离子电子混合导体骨架、仿贝壳结构、纳米晶等新型锂金属负极复合材料来研究金属负极材料的工艺、组织和性能调控。为细致深入研究高性能金属负极材料提供了材料制备加工新方法。（3）自主搭建了磁场耦合原位电化学反应平台,实现了锂溶解沉积过程中的电化学性能的在线直接测量。提升了对多场耦合电化学反应的研究能力。 8篇代表性论文被SCI他引352次,3篇入选ESI高被引论文,应邀在《Accounts of Chemical Research》上撰写个人述评。获国际电化学会应用化学奖、美国电化学会纳米碳青年研究员奖、Energy Storage Materials青年科学家奖、中国化工学会侯德榜化工科学技术青年奖、中国化学会青年化学奖、中国表面工程协会中表镀-安美特青年教师奖、天津市技术发明一等奖、天津市首批杰出青年基金。