项目名称

面向高性能储能电池隔膜和电极材料的研究

主要完成

单位

1．华南理工大学

推荐单位

1．华南理工大学

项目简介

任务来源于国家自然科学基金的支持，属于化工轻纺组化学工程领域。在储能电池的关键材料的应用需求中面临如下关键问题：商用聚烯烃隔膜熔点低、电解液浸润性差等带来电池安全隐患和锂离子传输阻力大；电极材料容量低，大电流充放电和循环性能稳定性差等均影响储能电池的性能发挥。针对这些问题，申报人提出构筑具有高效离子传输通道的高安全无机隔离膜的设计新思路，研制并探索高容量高倍率石墨烯及其复合负极的制备新方法及储能机制，发展大面积柔性自支撑电极材料的制备新策略等，为构建基于无机隔膜的新型高安全储能电池，揭示石墨烯及其复合材料的结构与电化学性能的关系，推进柔性储能器件的工业化进程等提供了知识积累，理论基础和技术支撑。主要发现点如下：

(1) 首次提出了设计高安全无机多孔膜用于储能电池隔离膜，以高热稳定的无机颗粒为结构单元，构建系列高孔隙结构的无机薄膜，使之具有高效锂离子传输通道和超高的热稳定性，用作锂离子电池隔膜可大幅提高储能电池在多温区的安全及电化学性能，为发展新型高安全储能电池提供新思路。

(2) 发展了化学氧化结合高温热剥落技术实现高质量少层石墨烯的制备，并率先研究了层数较少的石墨烯的储锂性能，揭示了石墨烯的高储锂容量与其大比表面、少层数及残留官能团的功能关系。探索了新型气液界面反应法制备系列石墨烯基复合材料的组装机理及其在储能电池负极中的应用，证实了石墨烯与纳米颗粒间的协同作用有利于改善其循环性能，实现了储能电池性能的大幅度提升，为建立和发展石墨烯及其复合负极材料在储能电池的应用提供技术支撑。

(3) 创新性的发展了柔性自支撑碳纳米纤维电极的制备新策略，实现柔性自支撑电极的大面积制备和电池能量密度的提升。通过调控碳纤维的微结构和碳化程度来提升膜的机械强度及电子电导，引入杂原子掺杂提高碳纳米纤维中的活性位点，降低非活性基底和组分的引入提升电池体系的能量密度，获得柔性电极电化学性能的提升，为推动柔性储能器件工业化进程提供知识积累。

项目在Adv. Energy Mater.,J. Membr. Sci., Electrochem. Acta等期刊发表SCI论文43篇，SCI他引总数达3169次。所选8篇代表性论文被他人SCI正面引用和评述1560次，其中ESI高被引论文5篇，1篇论文在Electrochim. Acta期刊2004年至2018年间发表的23187篇文章引用排名第5（前四均为综述，即在研究论文引用排名第1），单篇论文最高SCI他引600次，有3篇论文SCI他引次数超过260次。

主要完成人

（职称、完成单位、工作单位）

1.王海辉（教授、华南理工大学、华南理工大学、主要贡献: 本项目总体研究思路和研究内容的提出者与设计者，对本项目《重要科学发现》所列第1,2,3项科学发现均作出了创造性贡献，是全部代表性论文的通讯作者。）

2.王素清（研究员、工华南理工大学、华南理工大学、主要贡献：本项目研究内容的主要提出者与设计者之一，对本项目《重要科学发现》所列科学发现点1和3有重要贡献，是代表性论文1，4的第一/共同第一作者，代表性论文6，8的共同作者。）

3.廉培超（副教授、华南理工大学、888集团官网登录、主要贡献：对本项目《重要科学发现》中所列科学发现点2做出了创造性贡献。是代表作3，5，7 的第一作者。）

4. 李忠（教授、华南理工大学、华南理工大学、主要贡献：对本项目《重要科学发现》中所列科学发现点1和2做出了重要贡献，是代表作2，3，5，7的共同作者。）

代表性论文

专著目录

论文1：< free-standing nitrogen-doped carbon nanofibers films: integrated electrodes for sodium-ion batteries with ultralong cycle life and superior rate capability /adv. energy mater.>

论文2：< an inorganic membrane as a separator for lithium-ion battery /j. power sources>

论文3：< large reversible capacity of high quality graphene sheets as an anode material for lithium-ion batteries /electrochim. acta>

论文4：< flexible sno₂/N-doped carbon nanofiber films as integrated electrodes for lithium-ion batteries with superfior rate capacity and long cycle life /Small>

论文5：< enhanced cycling performance of fe₃O₄-graphene nanocomposite as an anode material for lithium-ion batteries /Electrochim. Acta>

论文6：< performance of through-hole anodic aluminum oxide membrane as a separator for lithium-ion battery /j. membr. sci.>

论文7：< high reversible capacity of sno₂/graphene nanocomposite as an anode materials for lithium-ion batteries /Electrochim. Acta>

论文8：< porous sio₂ as a separator to improve the electrochemical performance of spinel LiMn₂O₄cathode /J. Membr. Sci.>