东华大学杨建平及江莞教授研究团队在硅基锂离子电池领域取得重要进展
东华大学杨建平及江莞教授研究团队在硅基锂离子电池领域取得重要进展
近日，东华大学材料学院杨建平研究员课题组及江莞教授研究团队在硅基锂离子电池领域取得重要进展，相关成果以《原子尺度调控碳的分布提高硅基负极材料的稳定性》为题，发表于国际着名期刊《德国应用化学》，该论文第一作者是材料学院博士生朱冠家，通讯作者是杨建平研究员和张辉博士，东华大学为唯一通讯单位。
《德国应用化学》为化学领域的世界级顶级期刊，在国际上拥有广泛影响力，收录的文章主要分布在有机化学、生命有机化学、材料学、高分子化学等领域。
硅碳复合负极材料是最有希望取代石墨负极的下一代锂离子电池负极材料。目前的研究，碳的复合通常是采用化学包覆或者物理混合来实现，碳在复合材料中不能实现完全均匀的分布，导致在深度循环过程中库伦效率快速衰减，循环稳定性下降。如果能够实现碳在原子尺度下均匀分布于硅基框架中，在后续的长循环过程中，库伦效率是否可以得到改善？
针对这一问题，研究团队选取苯基桥联的有机硅前驱体，采用溶胶-凝胶法和高温煅烧两步反应，制备出一种新的多孔硅基复合负极(ASD-SiOC)。由于前驱体中碳源与Si-O-Si骨架为分子尺度下的复合，所制备的ASD-SiOC负极可以实现碳元素的亚纳米尺度分布。电化学性能测试表明，这种负极材料表现出优异地循环稳定性和结构稳定性。在0.2A g-1的电流密度下，第2圈库伦效率为95.4%，从第2圈到第200圈的平均库伦效率为99.3%。在5A g-1的大电流密度下，从第11圈到第500圈的平均库伦效率为99.8%。
第一作者材料学院博士生朱冠家表示，这种新的设计具有众多优点：活性基质SiOx单元与碳可以实现原子尺度下的复合；碳三维网络有效提高了材料的导电性；多孔结构既缓冲了体积膨胀，又加快了锂离子的传输；在后续的循环过程中，ASD-SiOC负极可以转化为更加稳定的复合结构，可以实现高的库伦效率。该研究表明碳分布对于保持复合负极材料的结构和性能稳定性具有非常重要的作用，也为硅碳复合负极材料的设计提供了一个新的思路，为实现硅碳复合负极材料的商业化应用注入了新动力。
该研究工作得到东华大学高层次人才项目专项资金，纤维材料改性国家重点实验室人才引进和培养基金等基金支持和先进纤维与低维材料国际联合实验室、澳大利亚伍伦贡大学超导与电子材料研究所等支持。
复合负极材料相关资讯介绍：
2018年10月18日，由EVTank、电池网、伊维智库等联合调研并发布的2018年度中国锂电池产业链年度竞争力品牌榜单出炉，来自正极材料、负极材料、电解液、隔膜、动力电池等领域的50家公司上榜。深圳市翔丰华科技股份有限公司(以下简称“翔丰华”)获2018年中国锂电池行业负极材料年度竞争力品牌榜单十强，这是翔丰华连续两年入选该榜单。
翔丰华成立于2009年，公司的发展历程远远晚于第一梯队的贝特瑞、上海杉杉等企业，然而能够后发先至，成为产销量居国内前十的企业，“创新”二字无疑是翔丰华快速成长过程最好的注脚。
清华学霸级团队领航
厚植人才沃土是翔丰华创新的起点。
翔丰华创始人周鹏伟董事长、陈垒董事、李新禄董事及研究院的院长均来自于清华大学，恐怕国内没有哪一家负极材料公司能聚集如此阵容的学霸团队。
从简历看，上述高管均毕业于清华大学材料科学与工程专业。清华大学该专业在国家重点学科名单中被列为一级学科，在教育部2012年、2017年组织的第三、四轮学科评估中，均居材料科学与工程专业第一位。
2017年3月，翔丰华团队被选入第五批福建省引才“百人计划”(创业团队)。董事长周鹏伟个人先后被评为深圳市高层次专业人才、“广东特支计划”科技创业领军人才、深圳市龙华区龙舞华章计划A类人才、2017年福建省引进高层次人才(A类)。
学霸管理层领航，其背后也反映了锂电负极材料行业发展的行业壁垒。
锂电负极材料行业涉及粉体精细加工与控制工程、热处理工艺、碳素材料与化学等多个技术领域和学科。且产品生产工艺技术复杂，过程控制严格，研发难度大。而“里程焦虑”成为阻滞新能源企业发展的“魔咒”，下游产业对锂电性能要求越来越高，这对锂电负极材料企业创新和研发能力也提出更高要求。
或许缘于公司创业团队“嫡出”清华大学的深厚渊源，翔丰华将校企合作的第一支橄榄枝，递给了我国材料科学专业的最高学府清华大学。翔丰华不仅在2010年就开始和清华大学材料科学与工程系开始专利合作，还与清华大学形成了稳固的产学研合作关系，并成为清华大学的研究生培养基地。
打破高端产品被国外垄断的格局
依托人才优势与校企合作，翔丰华逐渐积累起雄厚的技术资本。
通过引进、消化、吸收清华大学专利技术，翔丰华自主开发出了石墨的微膨技术、表面纳米包覆技术、高温碳化表面改性技术、粒度控制技术等一系列新的天然石墨产业化制备技术，借助这些新的研发成果，翔丰华形成了以改性天然石墨、人造石墨和复合石墨三大产品系列为主的产品格局，仅用四年时间就进入了国内负极材料企业产值前十名。
东华大学杨建平及江莞教授研究团队在硅基锂离子电池领域取得重要进展
2015年，公司动力电池用新型高性能微膨石墨负极材料的研发项目，获得“深圳市科学技术奖——技术发明二等奖”。
2017年，清华大学康飞宇教授团队的研究发明专利获得国家科技发明二等奖，而翔丰华即为该获奖成果的专利实施单位。该专利在微膨改性鳞片石墨负极材料、微晶石墨负极材料、低温负压解理石墨烯及石墨烯基导电剂材料应用等多项技术上达到国际领先水平，也使公司成为国内首家可以提供各向同性微晶石墨的生产厂家，打破了我国石墨高附加值加工技术长期被国外垄断的局面。
今年5月，翔丰华参与的“200Wh/kg动力电池系统研发与产业化项目”入选深圳市战略性新兴产业和未来产业发展专项扶持计划“创新链+产业链”融合专项项目。据深圳市发改委介绍，“创新链+产业链”融合专项每个产业链条仅支持一个实施方案。
高品质的产品，先进的技术，为翔丰华赢得了动力电池下游客户的广泛认可。
2012年，翔丰华正式进入比亚迪电池负极材料供应商体系。此后，逐渐成为比亚迪最大的负极材料供应商。2017年，公司产品通过另一动力电池巨头宁德新时代的合格供应商认证。公司还顺利通过了全球最大的聚合物电池供应商——LG化学的测试，正式进入LG化学合格供应商名单。
目前，翔丰华的电池客户已囊括比亚迪、多氟多、鹏辉能源、赣锋锂业等四十余家国内知名企业，并积极接触三星SDI、松下等国际知名锂电企业，进一步进军海外市场。
创新，永无止境
市场永远寻求更加优质的产品和更加低廉的价格。
发展至今，市面上性能较好的石墨负极材料的克容量已经达到360mAh/g，逐渐接近石墨负极372mAh/g的理论克容量极限值。寻找新的负极材料，成为摆在公司乃至整个行业面前的一大问题。
此时的翔丰华，将目光投向了硅碳负极和石墨烯材料。
公开资料显示，翔丰华已掌握高容量硅碳负极的制备技术，正在研发的新型高容量硅碳负极材料容量将达500mAh/g以上。同时，公司还与清华大学深圳研究生院等7家单位合作开展“200Wh/kg动力电池系统研发与产业化”专项研究，负责“动力电池长循环硅/碳复合负极材料的研发与产业化”子项目，拟开发出具有优异长循环稳定性的硅/碳复合负极材料产业化制备技术，优化材料制备工艺，并实现硅/碳负极材料的中试和产业化。
在石墨烯材料方面，2017年6月，翔丰华与福建省高端石墨及石墨烯产业聚集区的永安市政府共建了石墨烯工程研究中心，联合永安市石墨和石墨烯产业园多家企业、科研机构开展技术攻关。翔丰华的目标，是成为国内首批大规模推广石墨烯的供应商，迈入石墨烯研发前沿，并着手实施当前在国内尚属技术空白的核石墨实验。
此外，翔丰华还与清华大学深圳研究生院合作，投入到氧化钛负极材料的研发中，为未来向新技术领域进发积攒技术储备。
受益于新能源汽车产销量的持续快速增长，今年前9个月，我国动力电池装机量达到28.78GWh，同比增长95%，体现出负极材料广阔的市场空间。
面对负极材料行业技术和市场爆发式增长的趋势，翔丰华总经理赵东辉说道：“公司在成立初期就有了明确的目标，要在锂电领域做好负极材料产品的更新换代和产能的扩张储备。”
负极材料简介：
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负极指电源中电位(电势)较低的一端。在原电池中，是指起氧化作用的电极，电池反应中写在左边。从物理角度来看，是电路中电子流出的一极。而负极材料，则是指电池中构成负极的原料，目前常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料和纳米级负极材料。
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