《Sn-NiTi複合鋰離子電池負極的超彈性與其電極性能》是依託華南理工大學，由胡仁宗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Sn-NiTi複合鋰離子電池負極的超彈性與其電極性能
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡仁宗
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對Sn負極的體積膨脹效應大而導致其容量衰減的問題，本項目擬利用NiTi合金的超彈性效應來改善Sn基負極的循環性能。首先採用電漿輔助球磨、磁控濺射等方法製備出單質Sn相均勻分散於B2-NiTi基體中的兩相複合負極材料；然後對複合結構電極的相結構、相尺度、分布等微觀特徵進行定性和定量表征；著重研究Sn和NiTi在充放電過程中分別發生的應力誘發馬氏體相變與嵌鋰-脫鋰反應這兩個過程的應力/應變效應、電極的嵌鋰-脫鋰容量、循環穩定性等電化學特性；進而揭示應力誘發馬氏體相變的超彈性應變與Sn嵌鋰-脫鋰反應過程的應力應變的相互作用機理，複合電極中應力協同作用對Sn負極電化學性能的影響規律。開展本項研究的主要意義在於提供了一種全新的改善金屬基負極材料循環性能的方法，對於用形狀記憶合金的超彈性解決Sn、Al、Si、Sb等各種金屬基負極材料的容量衰減問題具有重要的理論和實際指導意義。
結題摘要
在項目研究中，針對高容量Sn、SnO2，Si基等金屬負極的體積膨脹效應大而導致其容量衰減、嵌鋰/脫鋰可逆性差的問題開展研究；主要通過多相多尺度微納結構調控的方法，利用NiTi的合金的超彈性效應和碳（C，graphene）基體材料的形變緩衝作用來改善金屬基負極材料的循環性能。在研究中，注重材料結構調控方法的創新，主要採用磁控濺射等方法製備出Sn、SnO2相均勻分散於B2-NiTi基體中的兩相複合或三明治結構薄膜負極材料；採用電漿輔助球磨、簡易溶液化學法、電化學沉積等方法製備結構出不同微觀結構的Si-C，Ge-C，SnO2-C等複合負極材料。該類負極材料均顯示出優良的儲鋰特性。主要取得重要成果為：（1）針對Sn基氧化物負極轉化反應可逆性差的問題，提出多尺度界面抑制納米Sn相粗化可提高Sn/Li2O界面反應活性的機制，通過納米結構調控在SnO2負極中實現高達86.2-95.5%的首次庫侖效率，為目前所有報導中的最高值。實現嵌鋰電極材料中Li2O的Li+脫出的高度可逆將有助於推動一系列新型高容量金屬基電極材料的套用（2）首次將NiTi形狀記憶合金作為活性Sn負極的基體材料，揭示出NiTi合金的應力誘發馬氏體相變和超彈性效應可有效克服Sn電極的性能衰減，提供一種全新的改善金屬基負極循環性能的思路和方法。在本項目執行期間，共在Energy Environ. Sci, Nano Energy, J. Mater. Chem.，Nanoscale等知名期刊上發表學術論文14篇,其中影響因子大於5.0的9篇。 撰寫英文專著1章; 申請發明專利7項，已獲授權發明專利4項。獲廣東省優秀博士學位論文獎、廣東省科學技術獎一等獎等獎勵。
