《單根矽納米線器件及其在鋰離子電池原位檢測中的套用》是依託湖南大學，由李秋紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單根矽納米線器件及其在鋰離子電池原位檢測中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李秋紅
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
矽納米線具有極高的比容量，是一種非常有套用潛力的鋰離子電池陽極材料，但其鋰離子電池的循環性能較差而沒有得到實際套用，這被認為是其充放電過程中巨大的體積變化而導致。本項目將運用所建立的無損可控的微納加工方法構建單根矽納米線的器件，利用該器件實現鋰離子電池充放電過程的原位監控。通過精確控制充放電電流和時間，系統研究充放電電量以及倍率對矽納米線電導的影響。結合電鏡觀察，研究矽納米線的體積膨脹與鋰離子嵌入量之間的關係。表征矽納米線電導、鋰離子嵌入/脫嵌量及倍率之間的定量關係，建立相關的模型。通過選擇不同摻雜濃度的矽片，製作不同電導率的矽納米線，研究矽納米線的電導隨嵌入/脫嵌量變化的規律，研究鋰離子充放電倍率對此變化規律的影響，探索研究電導與相關變化參數的定量關係，進一步驗證所建模型的正確性。通過對鋰離子電池充放電過程的原位監測，闡述矽材料鋰離子電池循環性能差的原因並提出改進的方法。
結題摘要
近年來鋰離子電池的發展非常迅速，我國由於治理環境污染髮展清潔能源的需要，尤其加強了對電動車的普及，對鋰電的研究更加重視。目前動力鋰離子電池還存在容量低續航能力弱、倍率性能差不能大功率運行的問題。本項目著眼於一維材料器件的探索解決上述瓶頸問題，並研究相關方法的可行性及機制。納米材料的容量與倍率受其電導限制，系列實驗表明導電性的提高不僅可大幅提高倍率性能，還對容量的發揮有重要作用。項目初期開展了納米材料器件電學特性的研究，包括採用電導率高的Si基片及納米線摻雜等方法研究了如何提高納米線的電導率，採用無損可控工藝構建出單根納米線的電晶體並研究其電學性能。為了進一步證實這些研究結果，我們還製備了不同電導率的石墨烯複合材料，以及在集流體上原位生長納米材料陣列，與集流體緊密接觸具有較小的電阻，進一步證實了電導率的提高不僅可改進倍率性能，還有利於大容量的發揮，循環穩定性也能得到明顯改進。
