《微電子器件用新型全固態薄膜鋰離子電池的研究》是依託南京理工大學，由夏暉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微電子器件用新型全固態薄膜鋰離子電池的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：夏暉
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
要成為微電子器件的理想電源，薄膜鋰離子電池需要進一步提高其能量密度、功率密度和高溫穩定性能。本項目擬製備具有高電位和大比容量的薄膜正極，通過匹配矽基薄膜負極和LiPON電解質，製備新型的薄膜鋰離子電池；採用脈衝雷射沉積法製備高電位LiNi0.5-xRuxMn1.5O4和大比容量Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 薄膜正極，系統研究薄膜的微觀結構、表面形貌及組成對其電化學性能的影響，從而最佳化沉積條件，製備具有高能量密度和高功率密度的薄膜正極；採用薄膜電極，測量鋰離子在薄膜中的擴散係數，研究影響鋰離子躍遷勢壘的參數，通過調控薄膜的結構參數、取向及組成來提高鋰離子遷移能力；系統地測試和評價新型的薄膜鋰離子電池的高低溫充放電性能和循環性能，為其工業套用提供基礎數據。該薄膜電池結構，克服了使用金屬鋰膜負極的高溫不穩定性，又因其採用高電位和大比容量的薄膜正極，有希望進一步提高電池的能量密度和功率密度。
結題摘要
本項目為進一步提高薄膜鋰離子電池的能量密度和功率密度，開展了新型具有高電位、大比容量薄膜正極以及大比容量、高倍率性能薄膜負極的研究。項目進行三年來，進展順利，在鋰離子薄膜電池正、負極材料的研究上均取得了重要的研究成果。在正極材料方面，採用脈衝雷射沉積等方法，成功製備高性能LiNi0.5Mn0.5O2薄膜正極材料，進一步提高了正極材料的比容量和能量密度。在正極材料三維納米結構的研究上取得重要突破，成功製備了三維LiCoO2 納米線陣列。該納米線陣列表現出高比容量、優異的倍率性能和循環性能，為新一代三維薄膜電池的開發提供了新思路。該研究成果發表在Nature旗下期刊《NPG Asia Materials》（影響因子9.9）。負極材料方面，採用脈衝雷射沉積等方法，用金屬Mn作為靶材，通過調節沉積過程中的氧分壓，分別成功製備了MnO、Mn3O4和Mn2O3薄膜負極。其中，Mn3O4薄膜負極，不僅具有較高的比容量~800 mAh/g，而且具有較好的循環性能和倍率性能。在負極材料三維複合納米結構的研究上取得重要突破，成功製備“核-殼”結構的TiO2@Fe2O3複合納米線陣列，通過TiO2和Fe2O3之間的“協同”作用，有效提高複合電極的比容量、循環性能及倍率性能。該研究成果發表在《Nano Research》（影響因子6.9）。在複合材料的研究上，成功製備了Fe2O3量子點/功能石墨烯複合電極材料。該複合電極材料具有極小的Fe2O3 顆粒尺寸（~2nm）和較好的納米顆粒分散性，通過石墨稀導電網路的構建，表現出高比電容和優異的倍率性能。該成果發表在《Advanced Functional Materials》（影響因子10.4）。在此課題的資助下，三年以來一共發表SCI索引論文27篇， 申請國家專利3項，培養碩士研究生6名。
