《納米組裝和複合結構MgFe2O4負極材料合成及儲鋰性能研究》是依託河南師範大學，由尹艷紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米組裝和複合結構MgFe2O4負極材料合成及儲鋰性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：尹艷紅
- 依託單位：河南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
發展高比容量、高循環穩定性的負極材料是鋰離子電池研究的前沿課題之一。MFe2O4 (M = Ni, Cu, Co, Zn，Mg)系材料價格低且理論比容量高（大於1000 mAh/g），但由於鋰化過程體積變化大、易團聚、導電性差，其穩定性和倍率性能較差，首次容量損失較大。納米化材料雖可在一定程度上改善其穩定性，但效果有限。因此，本項目設計合成納米MgFe2O4顆粒的組裝結構（空/實心球、核殼）和複合結構（MgFe2O4/C或導電聚合物）。多孔組裝結構可緩衝材料體積變化，有利於電解液滲透，提高離子擴散速率。複合結構可以提高材料導電性，減少與電解液的接觸，提高首次效率，緩衝體積膨脹，從而改善其循環穩定性。擬採用凝膠澆注或水熱法結合噴霧造粒技術製備多種結構MgFe2O4材料，研究其電化學性能及儲鋰機理，探討其構效關係，為高比容量、循環穩定的新型MgFe2O4負極材料設計製備提供研究依據。
結題摘要
本項目分別採用水/溶劑熱法、凝膠澆築法、噴霧乾燥法和真空吸入法等合成了不同結構和形貌的MgFe2O4負極材料，表征了材料的結構及電化學性能，研究了材料的生長機理、脫嵌鋰機制，並探討了合成條件、材料結構和形貌對其電性能的影響規律。此外，還研究了導電聚合物（聚苯胺、聚吡咯等）的包覆工藝，及其對MgFe2O4電性能的影響規律。研究結果表明，納米組裝結構以及與導電材料的複合是解決材料體積膨脹，提高其循環穩定性和倍率性能的重要方法。通過與石墨烯、泡沫鎳的複合，材料的容量發揮可以遠遠超出其理論比容量，5C以上充放電循環壽命大於500次。另外，對於該材料在循環過程中容量逐漸升高並遠遠超出其理論比容量的現象也進行了探討。研究發現，材料的容量緩升和超容現象可能主要歸結於其在循環過程中產生的電容特性。隨著循環的進行，原始顆粒逐漸粉化成粒徑更加細小的微晶，從而產生大量的晶界，進而產生了界面儲鋰現象。而且這個粉化過程是持續進行的，因而由界面儲鋰造成的電容特徵為材料提供了額外的儲鋰容量。由於雙電層電容效應的界面儲鋰的動力學遠遠快於固相擴散控制的轉化反應，一定程度上可以解釋材料極好的倍率性能。另外，在充放電過程中，部分Li以聚合物膠狀膜的形式可逆的在電極表面存儲與釋放，也可以為電極提供額外的儲鋰容量。 本項目目前已發表標註本項目編號（21471049）的論文9篇，均為SCI論文；培養碩士研究生10名（其中5名獲得碩士學位，5名在讀）；在本項目的資助下科學研究、人才培養及其它工作均取得較好的成績，課題負責人尹艷紅教授入選河南省科技創新傑出青年，同年被評為新鄉市先進工作者。
