基于氮化钒的柔性锂离子二次电池负极材料的可控制备与性能研究

The fast development of investigation towards new kinds of flexible lithium ion battery electrode material have met the demand of mankind for the clean and renewable new energy and flexible electronic devices. Vanaium nitride (VN)exhibits the merits of high thermal stability, high oxidative resistence and large specific capacitance, which has been considered to be a new kind of anode in lithium ion batteries with promissing application potential. In this application, we plan to achieve the controllable synthesis of flexible VN nanomaterials under mild conditions through diversities of chemical synthesis approaches such as precursor route, template method, sol-gel combined calcination approaches etc. Then the following apporaches: surface structure regulations (for instance, by calcinations under varied gases to form different surface structures with multifunctions), combinations with other materials (such as graphene, graphene quantum dots, porous graphite, other nitrides and oxides etc.) to form composites, and doping, will be utilized to further improve the specific surface area and electrochemical properties (high rechargeable capacity, high energy density and long cycle stability) of the as-obtained product.The relationship between the structure and properties of the as-obtained samples would be systematicly investigated. Finally,based on these studies,appropriate cathode materials would be preferential select accoring to and together with the as-obtained anodes to be assembled into full cells to provide certain experimental data references and technical supports for the material design and practical applications of novel flexible nitrides.

新型柔性锂离子二次电池电极材料的相关研究及其近年来的快速发展顺应了人们对大力发展清洁、可再生新能源及柔性器件的需求。氮化钒材料具有热稳定性和抗氧化性好及理论比容量高等优点，被认为是一种极具应用前景的新型锂离子电池负极材料。本申请拟利用前驱体法、模板法、溶胶-凝胶法及其组合等在相对温和的实验条件下制得氮化钒规则结构纳米材料后，结合真空抽滤和化学液相处理获得相应的柔性材料；通过对所得材料表面结构的调控（如在多种气氛下煅烧使其表面结构功能化）、复合（如与石墨烯、碳量子点、多孔碳、其它氮化物或氧化物等）及掺杂等进一步提升所得材料的电化学性能（比容量和能量密度较高、倍率性能和循环稳定性较好等），系统研究所得材料结构与性能间的关系，进一步探索基于柔性氮化钒材料的宏量化制备方法、柔性氮化物及钒氧化物规则结构纳米材料的普适制备方法并尝试相关材料全电池的组装，以期为新型柔性氮化物及钒氧化物电极材料的设计和初步应用提供实验数据参考和技术支持。

新型柔性锂离子二次电池电极材料的相关研究及其近年来的快速发展顺应了人们对大力发展清洁、可再生新能源及柔性器件的需求。 柔性（无支撑）材料作为电极材料以及作为便携式柔性电子设备的主要动力源已经成为当下研究的热点内容。目前具有高能量密度的二次电池（锂离子二次电池、锂硫二次电池等）正日益引起人们广泛的研究兴趣，柔性电极材料的主要优势在于不需要额外增加粘结剂（降低成本及中间环节），还会消除较重的金属集流体（减少电池整体质量）对整个电池系统的能量密度的影响，因此研究柔性（无支撑）的纳米级材料在锂离子二次电池和锂硫二次电池中均具有j较重要的科学意义和应用前景。. 氮化钒材料具有热稳定性和抗氧化性好及理论比容量高等优点，被认为是一种极具应用前景的新型锂离子二次电池负极材料以及锂硫二次电池正极载流材料。在该项目资助下，我们系统研究并实现了柔性无支撑VN 纳米材料的可控合成、结构与电化学性能关系研究、电池充放电机理、全电池组装(VN@C/G//LiCoO2)及其在点亮小功率LED 灯方面的初步应用, 实现了所得氮化钒材料高面载量（~18.3 mg cm-2）、高面容量（4.1 mAh cm-2）下的稳定循环，还探索了所得材料在锂硫二次电池正极载硫材料中的应用；在此基础上，探索了系列钒氧化物、氮化物等作为电极材料的结构设计、性能优化及其在二次电池中的应用等，研究了其充放电机理，择优组装了全电池并探索了其在点亮LED灯等方面的应用。相关工作有望为新型高性能电极材料的结构设计及其可能应用提供较重要的实验数据参考和技术支持。