新型能源材料技术是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的五个技术领域之一,主要包括储氢合金材料为代表的镍氢电池材料、石墨负极和锂钴氧正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、硅半导体材料为代表的太阳能电池材料等。锂离子电池以其循环寿命长,比容量大和工作电压高等优势成功并广泛应用于手机、摄像机、手提电脑等各类小型便携式装置中,并有进一步向微型化发展并作为动力电源取代传统的镍隔和铅酸等电池的趋势,已成为当今世界极具发展潜力的新型绿色高能化学电源。随着电动车技术和可再生能源技术(如太阳能和风能)向纵深发展,对高功率和大容量可充电电池的需求也越来越迫切,高性能的锂离子电池将大有用武之地。锂离子电池的发展在很大程度上取决于高性能储锂正负极材料的开发和应用。目前,实用中的锂离子电池采用的石墨化碳负极材料和锂钴氧正极材料储锂容量都不高。
1 实验室概况
新型能源材料技术是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的五个技术领域之一,主要包括储氢合金材料为代表的镍氢电池材料、石墨负极和锂钴氧正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、硅半导体材料为代表的太阳能电池材料等。锂离子电池以其循环寿命长,比容量大和工作电压高等优势成功并广泛应用于手机、摄像机、手提电脑等各类小型便携式装置中,并有进一步向微型化发展并作为动力电源取代传统的镍隔和铅酸等电池的趋势,已成为当今世界极具发展潜力的新型绿色高能化学电源。随着电动车技术和可再生能源技术(如太阳能和风能)向纵深发展,对高功率和大容量可充电电池的需求也越来越迫切,高性能的锂离子电池将大有用武之地。锂离子电池的发展在很大程度上取决于高性能储锂正负极材料的开发和应用。目前,实用中的锂离子电池采用的石墨化碳负极材料和锂钴氧正极材料储锂容量都不高。因此,开发和研究新型高容量和高倍率储锂电极材料具有极高的基础研究价值和广阔的实用前景。
三峡大学新型能源材料实验室于2007年7月立项建设,同年12月正式投入运行。实验室长期致力于锂离子电池等储能电池新型电极材料结构设计、合成和电化学性能研究。同时,以宜昌地区丰富的磷矿、石墨矿及铁矿等矿产资源为原料,积极开展高附加值锂离子电池正/负极材料和超级电容器用复合材料方面的基础和应用研究,为地方经济发展服务。
2 研究方向
(1)新型锂离子电池复合负极材料研究 主要研究内容包括:硅基、锡基、镁基复合负极材料、三维多孔多晶硅粉等材料的合成与电化学性能研究。
(2)高性能锂离子电池正极材料研究 主要研究内容包括:磷酸铁锂等正极材料合成及改性技术的研究与应用。
(3)石墨复合材料研究 主要研究内容包括:天然石墨改性、石墨基复合负极材料及其它特种石墨制品的设计与研究。
3 学术队伍
本实验室现有研究人员26人,均为中青年学术骨干,具有博士学位人员5人,在读硕士生20人。研究人员来自于中科院上海硅酸盐研究所、华中科技大学、武汉大学、兰州大学、北京科技大学等著名研究机构和重点院校,均具备长期从事无机材料、电化学和固体材料化学的研究经历。
4 研究条件
实验室现有工作用房230平米,主要仪器设备有:惰性气氛手套箱、电化学工作站、电池测试系统、四探针测试仪、碳硫分析仪、激光粒度分析仪、粉体振实密度仪、石墨整形机、喷雾干燥机、高能球磨机、行星球磨机、真空烧结炉、转动烧结炉、CVD管式烧结炉、中频感应高温石墨化炉等设备,具备较强的材料研发、中试与电池性能测试能力。
5 研究成果
实验室在新型能源材料开发研究方面已取得部分标志性成果,先后承担了国家重点研发计划子课题1项(2018YFB0905400)、湖北省技术创新重大专项1项(2019AAA164)、国家自然科学基金面上项目10项(52072217、51802261、51772169、51672158、51572151、51402168、51302153、51302152、51272128、50972075)、教育部重点项目1项(209083)、湖北省杰出青年基金项目1项(2011CDA093)、湖北省产学研合作重大项目1项(CXY2009A004)、湖北省教育厅科技创新团队计划1项(T201603)、湖北省自然科学基金项目1项(2014CFB667)、湖北省教育厅优秀中青年项目1项(Q20111209)、湖北省教育厅重点项目3项(D20191202、D20131303、D20081304)、宜昌市科技攻关计划项目3项(A2011-302-8、A09105-04、A08303-04)及企业横向项目多项;参与了国家自然科学基金重点项目(50730001)及“863”计划项目(2006AA03Z232)等研究工作。在Nano Energy、Journal of Material Chemistry A、 Chemical Engineering Journal、Journal of Power Sources、ACS Applied Materials & Interfaces、Carbon等国内外著名能源期刊上发表SCI论文150余篇,授权发明专利30余项(转让4项)。
6 人才培养
实验室制定了完整配套的研究生管理规章制度,以保证培养工作的顺利进行,同时为提高研究生的培养质量,还提高了学位授予的标准。为摒弃社会上不良风气对科学研究和人才培养的影响,通过有效监督机制,提高研究生培养质量,保证本实验室研究生学位论文评判公正性,并建立了科学完整的研究生培养质量评价体系。
7 学术交流
实验室贯彻“开放、流动、联合、竞争”的宗旨,十分重视对外开放、国内外学术交流与合作,并把它看作是提高研究水平、学术水平和管理水平的重要环节。实验室研究人员多次参加国际固态离子学会议(SSI)、中国固态离子学会议、中国电化学会议等国内外学术会议,并于2013年9月承办了中国固态离子学暨电池材料青年论坛。与中国科学院上海硅酸盐研究所温兆银研究员课题组、华中科技大学黄云辉教授课题组、美国德州大学奥斯汀分校J.B. Goodenough教授课题组和美国山姆休斯顿州立大学梁敢教授课题组等研究机构建立了紧密的学术联系,为实验室的进一步发展打下了良好基础。