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石墨烯-硅超级锂电池,新观念无锡生物科技有限公司申请科技专项

  作者:环球石墨烯网 人气:5533 发布时间:2017-03-21
摘要:新观念无锡生物科技有限公司申请的科技专项项目-项目名称 石墨烯-硅超级锂电池。 一、研究团队 本公司主要是与江南大学石墨烯研究所所长李在均教授研究小组合作,本团队是国内较早从事石墨烯设计、工业制备和应用研究的专业团队。围绕高品质、低成本和绿色环
   新观念无锡生物科技有限公司申请的科技专项项目-项目名称
 
  石墨烯-硅超级锂电池。
 
  一、研究团队
 
  本公司主要是与江南大学石墨烯研究所所长李在均教授研究小组合作,本团队是国内较早从事石墨烯设计、工业制备和应用研究的专业团队。围绕“高品质”、“低成本”和“绿色环保”的研究目标,对石墨氧化、氧化石墨纯化、氧化石墨还原、石墨烯3D化和石墨烯与功能材料复合等重要生产环节进行原始创新,突破了制约石墨烯工业制备的关键技术。目前,石墨烯产品已实现系列化开发。从微米级的片到纳米级的点,从二维的片到零维的球、三维的气凝胶、功能化的石墨烯和石墨烯复合物。先前团队的研究工作得到国家自然科学基金、江苏省产学研、教育部直属高校自主科研以及企业横向课题的资助。经过多年的实践,石墨烯在锂离子电池、生物传感、防腐涂料、热熔胶、水基润滑剂等多个领域的应用研究取得一批在国际上领先的科研成果。团队发表石墨烯方面的学术论文42篇,申请发明专利41项。培养博士4名、硕士15名和15名从事石墨烯制备与应用的技术人员。此次与本公司合作开发石墨烯-硅超级锂电池
 
  二、申请项目
 
  1.项目名称
 
  石墨烯-硅超级锂电池。
 
  2.研究背景
 
  硅被公认为最有前途的锂离子电池负极材料,它的理论容量达到4200mAhg-1,超过目前广泛使用的石墨负极的10倍以上。世界各国高度重视对硅负极的科学研究,现已取得重要进展。美国斯坦福大学研究人员发明一种类似“石榴”结构的硅负极材料,电池循环1000次后容量仍保持97%。硅负极的研究展现出诱人的应用前景,国际著名企业(包括电池、汽车、材料等行业)纷纷投入巨资,开展在硅负极应用技术和产品开发方面的激烈竞争。目前,硅负极材料产业化进程明显加快,市场上出现少量产品。但就核心技术的掌握而言,美国安普瑞斯公司、日本松下公司和英国耐克森公司优势明显,他们正加紧完成在全球范围内的专利和市场布局。我国在硅负极方面的研究与国际先进水平相差甚远,迫切需要开发具有自主知识产权的高性能锂电池用硅负极材料。
 
  3.技术创新
 
  针对硅负极存在的科学问题,研究小组开展了以下的创新设计与尝试:1)针对硅导电性差,利用嵌锂和脱锂产生的体积变化将石墨烯量子点自动摄入到硅粒子内部,使硅粒子本身的传导性得到显著提高;2)针对硅体积变化大,将硅负极材料设计成“核-壳”结构。利用钛酸锂“零应变”的特性,构建一个“不变”的壳层,解决了硅体积变化大造成的电极材料粉化脱落问题。此外,在“核”与“壳”之间构建一个低密度石墨烯凝胶“跟踪区”和一个高密度石墨烯凝胶“支撑区”。利用“跟踪区”与硅粒子的“相随而行”解决了充放电过程中的硅粒子传导性不稳定的问题。同时,给硅体积变化预设足够的伸缩空间。利用“支撑区”高密度石墨烯提高硅负极材料的电子传导效率。同时,还避免了硅粒子之间相互碰撞造成破裂。以上巧妙安排,利用结构设计上的“变”与“不变”相结合,实现了硅负极正常充放电和良好循环稳定性的高度统一;3)针对SEI膜增生快,采用不形成SEI膜的钛酸锂作为壳层材料,阻隔了硅与电解液的直接接融,有效地抑制了SEI膜增生,使硅负极的电容量能保持稳定;4)针对石墨烯凝胶,采用“星形功能高分子”和“多重凝胶”相结合,实现对石墨烯凝胶的电学和力学性质的有效调控。
 
  4.研究内容
 
  建立高品质、低成本且绿色环保的氧化石墨及量子点宏量制备方法;构筑高效和稳定的硅负极材料电子/离子传导网;研究硅负极材料微观结构、性质和电池行为三者关系的内在规律,开发锂电池用石墨烯-硅复合负极材料;基于石墨烯-硅复合负极材料,开发高性能超级锂电池。
 
  5.项目成熟度
 
  项目可分二个阶段实施。第一阶段开发出硅含量在5%左右其电容量达到500mAh/g的石墨/硅-石墨烯复合负极材料。第一阶段技术已成熟,可进行工业化生产,用于锂离子电池可提高容量1/3以上;项目第二阶段开发出硅含量超过70%其电容量超过2000mAh/g以上的石墨烯-硅负极材料。第二阶段的关键技术已突破,还需进一步研究完善,研究成果用于锂超级电池可提高容量2倍以上,可广泛应用民用电动汽车以及航空、航天等国防工业领域需要的超级锂电池开发。
 
  三、与项目直接相关的知识产权情况
 
  学术论文:
 
  [1]ZhouXiaoyan,LiRuiyi,LiZaijun*,GuZhiguo,WangGuangli,Ultrafastsynthesisofgold/proline-functionalizedgraphenequantumdotsanditsuseforultrasensitiveelectrochemicaldetectionofp-acetamidophenol,RSCAdvances,2016,6(48),42751-42755.
 
  [2]YangTingting,LiRuiyi,LongXiaohuan,LiZaijun*,GuZhiguo,WangGuangli,LiuJunkang,Nitrogenandsulphur-functionalizedmultiplegrapheneaerogelforsupercapacitorswithexcellentelectrochemicalperformance,ElectrochimicaActa,2016,187,143-152.
 
  [3]KongLijuan,YangYongqiang,LiRuiyi,LiZaijun*,Phenylalanine-functionalizedgraphenequantumdot-siliconnanoparticlecompositeasananodematerialforlithiumionbatterieswithlargelyenhancedelectrochemicalperformance,ElectrochimicaActa,2016,198,144-155.
 
  [4]LiRuiyi,LiuLing,BeiHongxia,LiZaijun*,Nitrogen-dopedmultiplegrapheneaerogel/goldnanostarastheelectrochemicalsensingplatformforultrasensitivedetectionofcirculatingfreeDNAinhumanserum,BiosensorsandBioelectronics,2016,79,457-466.
 
  [5]KongLijuan,LiRuiyi,YangYongqiangandLiZaijun,Multi-faceteddesignofasiliconanodeforhighperformancelithiumionbatteriesusingsiliconnanoparticlesencapsulatedbyamultiplegrapheneaerogelelectrodematerialandatryptophan-functionalizedgraphenequantumdot–sodiumalginatebinder,RSCAdvances,2016,6,76344-76354.
 
  [6]ZhouXiaoyan,JiangYuanyuan,LiZaijun,GuZhiguo,WangGuangli,Improvedactivityandthermo-stabilityofthehorseradishperoxidasewithgraphenequantumdotsanditsapplicationinfluorometricdetectionofhydrogenperoxide,SpectrochimicaActaPartA:MolecularandBiomolecularSpectroscopy,2016,165,106–113.
 
  [7]YangTingting,LiRuiyi,LiZaijun,GuZhiguo,WangGuangli,LiuJunkang,HybridofNiCo2S4andnitrogenandsulphur-functionalizedmultiplegrapheneaerogelforapplicationinsupercapacitorsandoxygenreductionwithsignificantelectrochemicalsynergy,ElectrochimicaActa,2016,211,59–70.
 
  [8]YanTao,LiRuiyi,Li.Zaijun,Facileconstructionofthree-dimensionalNiCo2S4withtremella-likemorphologyforhigh-performancesupercapacitors,MaterialsLetters,2016,167,234-237.
 
  [9]WuGuanghui,LiRuiyi,LiZaijun,LiuJunkang,GuZhiguo,WangGuangli,N-dopedgraphene/graphitecompositeasaconductiveagent-freeanodematerialforlithiumionbatterieswithgreatlyenhancedelectrochemicalperformance,ElectrochimicaActa,2015,171,156–164.
 
  [10]LiRuiyi,ZhangJuanjuan,WangZhouping,LiZaijun,LiuJunkang,GuZhiguo,WangGuangli,Novelgraphene-goldnanohybridwithexcellentelectrocatalyticperformancefortheelectrochemicaldetectionofglucose,SensorsandActuatorsB,2015,208,421–428.
 
  发明专利:
 
  1.李在均,孔丽娟,一种石墨烯量子点/纳米硅锂离子电池负极材料的制备方法,申请号:201610082027.9,申请日:2016年1月8日。
 
  2.李在均,贝红霞,廖小晴,一种高密度多重石墨烯凝胶材料的制备方法,申请号:201510226952.X,申请日:2015年10月22日。
 
  3.李在均,武光慧,严涛,一种N掺杂3D石墨烯/石墨锂离子电池负极材料的制备,申请号:201510227746.0,申请日:2015年10月22日。
 
  4.李在均,陈腾远,严涛,一种碳包覆钛酸锂电池材料的制备方法,申请号:201410748441.X,申请日:2014年7月10日。
 
  5.李在均,周晓燕,一种荧光石墨烯量子点抑制过氧化物酶活性的方法,申请号:201410746182.7,申请日:2014年7月15日。
 
  6.李在均,张晨军,陈腾远,楚凯斌,班文宁,付婷,张余,一种高性能石墨烯钛酸锂复合电池材料的制备方法,申请号:201410188654.1,申请日:2014年10月18日。
 
责任编辑:环球石墨烯网