碳基柔性锂离子电池的电极设计与界面调控

基本信息
批准号:51902316
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:石颖
学科分类:
依托单位:中国科学院金属研究所
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
柔性电极作用机制界面性质锂离子电池碳材料
结项摘要

Development of the electrodes with good flexibility, stable mechanical property and great electrochemical performance is essential for the flexible lithium-ion batteries, which is also a prerequisite for the application of flexible electronic devices. Aiming at the application of the carbon-based flexible electrodes for the flexible electronic devices, this project is based on the essential problem of the interaction mechanism between the flexible carbon-based support and the active materials. The relationship between the structure of the interface of electrode and its electrochemical performance under dynamic deformation is the main subject of this project. .Carbon materials with high conductivity and lightweight, such as graphene and carbon nanotubes, will be used to construct flexible support with good mechanical properties. Based on the characterization of the constructed flexible support, including the physical and chemical properties, electrochemical behaviors and surface characteristics, functionalization of the surface will be carried out, followed by in-situ growth of the active materials on the modified surface of the carbon-based support. The characteristic of the interface between active materials and their support, as well as the influence of the interaction on the electrochemical performance of the electrode will be systematically explored. Finally, by assembling the obtained electrodes into a flexible lithium-ion battery, the mechanism of carbon-based interface under deformation will be further investigated.

具有良好柔韧性、机械稳定性和优异电化学性能的柔性电极的设计与开发是发展柔性锂离子电池的关键。本项目以碳基柔性电极在柔性锂离子电池中的应用为目标,以碳基柔性电极中活性材料与柔性支撑体间的界面为研究对象,以电极界面结构与动态变形下的电化学性能间的构效关系为研究主题。首先,利用石墨烯、碳纳米管等高导电轻质碳材料自身的优异特性,设计组装出具有一定机械性能的柔性导电支撑体,并研究其物理、化学、电化学性质和表面特性。其次,根据碳基柔性支撑体的属性,对其表面进行功能化处理,并在处理后的界面上原位生长活性物质,探索活性材料与柔性支撑体间界面相互作用对电极电化学性能的影响。最后,将所得的碳基柔性电极组装成柔性全电池,研究电极形变过程中纳米碳界面的作用机制。本项目的研究,将揭示活性材料与碳基柔性支撑体间的界面性质对动态变形下柔性电极电化学性能的作用机制,以获得兼具优异电化学性能和机械性能的柔性锂离子电池。

项目摘要

兼具良好柔韧性、机械稳定性和优异电化学性能的柔性电极的开发是柔性锂离子电池实用化的关键,而界面接触的改善则是实现柔性锂离子电池电化学稳定性的前提。本项目通过界面调控与结构设计,获得了结构精确可控的高导电、高机械强度和高化学稳定性的碳基柔性支撑体,并揭示了电极活性材料与柔性支撑体间界面结构与其电化学性能的构效关系;提出了基于隔膜、柔性碳管膜作为共同支撑体限域活性物质的思想,设计制备出具有超稳定界面接触的柔性电极,实现了柔性锂离子电池中高效的电荷转移和离子传输,确保其在动态变形下电化学性能与机械性能的长期稳定,也阐明了柔性电极的界面性质对其在动态变形下电化学性能的作用机制;基于界面调控策略,探索和制备了凝胶电解质基柔性一体化电极,进一步提升了柔性锂离子电池的安全性。本项目的研究为高性能柔性电极的设计及柔性电池的开发提供了理论基础,也为碳材料在柔性电子器件上的应用提供了新方向。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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