技术详细介绍
项目简介：
受自然的启迪，本团队将通过原位石墨化及结构传承将农业废弃物转变成高容量、高稳定的锂电池。本项目以具有自然生物分级多孔结构的生物体为模板，研究表面有机化学组成，针对不同的前驱体和模板，通过对天然高分子的表面处理或化学改性，选择不同的方法，在生物模板多层次、分级精细结构中复合电化学活性材料，如金属氧化物（SnO2, Fe2O3, Co3O4, NiO, Cu2O, MnxOy），使所得的材料能够传承生物体为适应生存进化而来的分级多孔结构，同时通过氮气氛高温烧结保留来源于天然高分子的碳基体。通过所传承的非人工所能合成的生物精细结构与金属氧化物电化学活性的耦合以及保留的碳基体提供的高循环稳定性和导电性，有望制备得到高倍率容量、高循环稳定性的锂电池负极材料。建立分级多孔结构与电池性能关系的理论模型，这将为锂电池电极新材料的理论和实际应用提供技术原型和支持。
创新性、先进性：
本项目将以具有分级多孔精细结构的生物材料为模板，利用模板仿生制备技术，通过合成工艺的控制来获得具有不同度、形貌和分级结构的锂电池复合材料（如氧化钛、氧化锡、Si、氧化铁等）目标材料。相关研究工作不但可以提高我国在锂电池的关键材料在基础研究方面的理论水平，而且相关研究成果可以为开发国家迫切需求的高性能锂电池负极材料奠定基础。
应用范围：
锂离子电池具有工作电压高、重量轻、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染、安全性好等优点，广泛应用于摄像机、移动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪器等电子装置，是未来电动汽车、航天、卫星、飞船、潜艇、水下机器人等高能动力电池的首选电源。
经济与社会效益：
据统计，仅手机电池一项的负极材料需求量为4000 吨/年，随着电动汽车的迅速发展，作为锂电池负极材料更具光明前景。据统计，到2020 年世界上锂电池负极材料的销售额将会达到28 亿美元。我国对锂电池的研究几乎与国际同步，形成规模生产却落后许多。迄至目前，研究单位数以百计，但不少是重复的工作。有的虽然有所创新但仍未能形成规摸生产。日本在锂电池的研制和应用方面目前处于世界领先地位。但现状国内未有高性能的锂电池出现，即在高电压和大电容上未有所突破。为了进一步提高锂电池效率，还需要发现新的料材，提出新的构思、设计新的结构。以锂电池电极材料中的负极材料为突破口，形成有自主知识产权的理论和材料制备技术平台，为我国锂电池产业领域的关键材料的开发提供理论和技术支撑。
项目进展现状：
已经具有高性能实验室产品。
自主产权情况：
相关材料已经申请和授权国家专利4项。
项目相关照片：
图1： 自然界织物结构模板 之 RHC-SnO2-C 纳米复合材料合成示意图
图2： 分级多孔结构 之 RHC-SnO2-C 纳米复合材料SEM图及BET曲线
图3： 原位石墨化及碳包覆过程 之 RHC-SnO2-C 纳米复合材料TEM图
图4： 电池性能测试结果
项目合作要求：
以合作研发的形式进行工业化可行性研究。