项目名称: 基于硅基微镜的分级介孔钒氧化物锂离子电池正极材料微力学-电化学性能调控机制与原位表征

项目编号: No.51502227

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 何亮

作者单位: 武汉理工大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 开发基于钒氧化物及其复合材料分级介孔微纳正极材料的高性能、集成化、低成本的锂离子电池是微纳结构器件化应用和纳米科技的交叉和前沿这一。本项目拟基于微机械系统及微结构的设计,结合电镀法、紫外光刻、剥离浮脱、硅的深刻蚀等微加工工艺制作钒氧化物及其复合材料分级介孔结构,并以此为基础制作采用这一微结构作为扭转梁的硅基微镜器件。表征复合材料微结构的形貌、界面结构、致密度等,原位测试微结构的微力学性能及在器件化应用时的微力学行为和相应的电化学行为。研究材料结构、尺寸、径宽、表面缺陷等因素与微结构的微力学性能及电化学性能间的相互关系,揭示制作工艺、结构设计与微力学性能间的内在联系及优化途径。通过材料和微结构的可控制作、复合构筑、结构优化设计、性能协同调控等探索发展通过新型硅基微镜器件来原位表征电极材料在电化学反应中的结构性能变化,为高性能复合材料微结构的原位表征、储能机理与器件化应用奠定科学基础。

中文关键词: 电化学性能;分级介孔纳米结构;储能机理;钒氧化物;微纳器件

英文摘要: Lithium-ion batteries based on hierarchical mesoporous vanadium oxides cathode with high performance, integration, low cost is an advanced and crossed area of applications of micro/nano structure for microdevices and nanotechnology. This proposal focuses on the design of microstructures and micro mechanical systems, and fabrication of vanadium oxides based hierarchical mesoporous composite microstructures by microfabrication processes including electroplating, UV photolithography, lift-off, and deep reactive ion etching of silicon etc. These microfabrication processes can be utilized for the fabrication of silicon micromirror with vanadium oxides based hierarchical mesoporous composite torsional bars. For the fabricated composite microstructures, their morphologies, interfacial structure, compact density will be characterized. Further the in-situ characterizations of the micromechanical properties and corresponding electrochemical properties of various microstructures and the torsional microbars during the application in the silicon micromirror will be conducted. The relationship between the materials structure, scale, diameter, surface defects, and micromechanical properties and electrochemical properties of the microstructures will be investigated. Consequently, the intrinsic relationship between fabrication processes, design of structure and device, properties and optimization approaches will be revealed. To investigate and develop the silicon micromirror for the in-situ characterizations of structure and properties of cathode materials during the electrochemical reactions by controlled fabrication of microstructures, composite's construction, optimization of structural design, and performance regulation. This research will lay a foundation for the in-situ characterizations, energy storage mechanism, and applications of high performance composite microstructures for microdevices.

英文关键词: Electrochemical properties;Hierarchical mesoporous nanostructures;Energy storage mechanism;Vanadium oxides;Micro/Nano devices

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