《類Yolk-Shell結構炭/石墨微球新型動力鋰電池負極材料的研究》是依託山西大學，由馬燦良擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：類Yolk-Shell結構炭/石墨微球新型動力鋰電池負極材料的研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：馬燦良
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對山西煤焦油高附加值化需求，以及現有負極材料能量和功率密度低等還不能完全滿足動力鋰電池實際需求的現狀，本項目擬設計一種包含碳包覆過渡金屬氧化物（MOx@C）和碳納米空腔（HCNs）的類Yolk-Shell 結構的炭或石墨複合微球負極材料。主要以煤焦油為原料，經與過渡金屬鹽或納米顆粒的摻雜、液相碳化、乳化成球等工藝，通過控制預氧化、碳化、石墨化和後氧化處理等過程實現對材料結構的調控。項目將研究複合材料中金屬氧化物儲鋰、納米空腔儲鋰和石墨層間儲鋰三種儲鋰機制協調作用的科學原理以及實現上述原理的複合材料的結構基礎和製備方法，得到實現三種儲鋰機制融合的構效關係。本項目預期製備出組成和結構合理的炭或石墨複合微球，期望滿足動力鋰電池負極材料要求的高儲鋰容量、倍率、循環穩定和高堆積密度等性能。項目的設立和完成可為提高煤焦油附加值和以煤焦油為碳源製備高性能動力鋰電池碳基負極材料提供理論和實踐基礎。
結題摘要
背景：山西煤焦油瀝青高附加值化需求，現有負極材料能量和功率密度低等還不能滿足動力鋰電池未來需求。研究新型瀝青基高性能負極材料是解決山西省煤炭產業困境的一個可行方向。在申請書基礎上，本項目主要研究了以下內容：（1）過渡金屬納米顆粒及其摻雜瀝青，實現從少量到批量的製備，並分析其組成結構及其電化學性能；（2）過渡金屬納米顆粒摻雜瀝青微球的製備；（3）不同金屬氧化物納米顆粒（Fe3O4, Co3O4,Fe2O3, Cr2O3, Mn3O4,SnO2等）及其碳複合材料的製備及電化學性能研究；（4）含納米空腔結構的中空碳球的製備及其儲鋰機制研究；（5）摻雜金屬氧化物熱處理過程中對碳材料（石墨烯）結構演變影響規律探索；（6）批量（百克級）含豐富納米空腔結構石墨化樣品的製備及其電化學性能研究；（7）瀝青調製過程涉及的尾氣處理裝置，噴霧乾燥過程涉及的蒸汽回收裝置的設計和製造，以及相關工作的專利申報等。 取得的重要結果，關鍵數據及其科學意義如下：（1）探索出採用噴霧乾燥工藝可實現百克級粒徑20nm左右的NiOOH納米顆粒和1~10微米摻雜瀝青球的製備工藝開發，摻雜瀝青表現出較強的磁性，所製備石墨化產品是中空石墨化微球或包含大量的納米空腔結構，表現出優良的儲鋰容量和倍率性能，100mA/g的電流密度下比容量可以有400mAh/g以上，超過目前石墨產品的最高值，有實用價值，為製備更高能量密度的石墨負極打下堅實的基礎。（2）開發出多種金屬氧化物納米顆粒，及其碳基複合材料的製備方法，並研究組成結構和粒徑調控規律和電化學性能；（3）創造性地採用雙模板法，含有豐富納米空腔結構（5-10nm）的中空碳球，並研究了其儲鋰機制，取得863mAh/g的比容量，分析了其儲鋰機制，為製備更高儲鋰容量的碳材料提供了理論基礎；（4）研究了金屬氧化物與碳源（葡萄糖和石墨烯）分子的反應過程，並分析了多孔石墨烯層的形成機制。
