成果！我校教師團隊在鋰離子電池研究中取得系列重要進展

2020-09-05 江漢大學

2019年諾貝爾化學獎給了鋰離子電池，美國得州大學奧斯汀分校約翰•B•古迪納夫（John B Goodenough）教授、紐約州立大學賓漢姆頓分校M•斯坦利•威廷漢（M.stanley Whittlingham）教授和日本化學家吉野彰（Akira Yoshino）， 因在鋰離子電池研發領域作出的貢獻而獲獎。鋰電池的發明，是電子信息與電動汽車行業發展的基石。

江大和鋰離子電池有怎樣的緣分呢？


我校教師團隊在鋰離子電池研究中取得系列重要進展


面向我國新能源汽車產業崛起和武漢市光電子產業集群的發展，江漢大學化學與環境工程學院光電化學材料與器件教育部重點實驗室成立了電化學儲能材料與器件團隊。團隊先後全職引進國家級、省級人才工程人選解明教授、王德宇研究員、劉志宏教授等高層次人才。經過初期的建設和發展，在鋰離子電池材料與器件研究中取得一系列重要進展。


解明教授集成了高容量高電壓正極、高容量矽碳負極材料、納米纖維增強隔膜，以及凝膠全固態電解質等一系列創新性技術，研發了新型柔性鋰電池器件及工程化技術。該柔性電池可反覆彎曲5000 次以上，比日韓等國同類產品具有更高的能量密度和彎曲能力。解明教授與中國電子科技集團第十八所國家電源重點實驗室合作，已經與小米、oppo、華米等多家國內知名企業籤署了柔性電池產業化合作意向。


王德宇研究員與中科院寧波材料所合作，創造性的提出了鋰離子過濾膜保護技術，用於保護鋰金屬電極，這是國際上首次提出鋰離子過濾膜概念。團隊以石墨烯和聚丙烯腈為基礎材料，製備了新型碳膜，具有鋰離子導通、溶劑阻擋的特殊功能，大幅度提升了鋰金屬電極的循環穩定性，為開發鋰金屬電池器件提供了新的思路。相關成果在國際材料領域權威期刊ACS Applied Materials & Interfaces上發表。

固態電池的研發是全球電池研究機構和新能源汽車公司競相爭奪的制高點。其中固態電解質是固態電池的關鍵組分，目前已有的固態電解質性質仍不理想，室溫離子電導率低和固/固界面阻抗高是實現高性能全固態電池的瓶頸問題。


劉志宏教授最近研發了新型含硫系聚合物固態電解質。傳統的固體聚合物電解質是聚環氧乙烷PEO/鋰鹽體系，由於PEO易結晶且氧醚基團具有過強配位作用，其離子電導率和鋰離子遷移率都很低。通過巰基-丙烯酸酯點擊反應原位生成無定形含硫聚合物固態電解質，室溫離子電導率高達2.7-3.0×10-5 Scm-1，鋰離子遷移數為0.4。硫醚鍵具有較長的C-S鍵長（1.81Å），更低電負性（2.58）和適度配位作用，有助於鏈段運動並實現優異的室溫離子電導率。這些優勢表明了巰基-丙烯酸酯點擊反應是非常有效的原位製備高性能固體聚合物電解質的策略。部分研究成果於近期發表在國際電池領域權威期刊Journal of Power Sources上。


劉學清教授是湖北省高等學校優秀中青年科技創新團隊負責人，在聚合物固態複合電解質的研究中另闢蹊徑，利用複合電解質各組分之間介電常數的差異，採用高壓電場使聚合物和納米粒子發生有序相分離。通過電場頻率控制，使高分子鏈段或納米粒子表面電荷極化，進而沿特定方向取向並排列成有序結構。這種有序結構為離子傳輸提供連續通道，顯著提高了固態複合電解質的導電率。其研究成果在國際材料領域期刊權威期刊ACS Applied Materials & Interfaces和Materials and Design上發表，相關成果已多次被史丹福大學和清華大學的知名教授在其研究論文中正面引用。


該系列研究得到了國家自然科學基金、武漢市應用基礎研究基金、江漢大學科研啟動基金和江漢大學學科特色方向協同創新等資助。


江大新媒體工作室


信息來源：化環學院 科研處 人事處 宣傳部

編輯：江小薇

小薇投稿郵箱：jiangdaguanwei@163.com

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