高性能锂电池用共价封装硅碳负极材料及产业应用
一、成果简介
（一）成果概述
从低成本的二氧化硅纳米颗粒出发，改进镁热还原技术、规模化制备了一种具有微纳超结构的仿绣球形态硅烯材料，其应用于锂离子电池时展现出优异的综合储锂性能（ACS Nano2017，11，7476）。 在此基础上，研究团队提出并发展一种“植皮式”二维共价封装策略制备了硅氧碳键基绣球状共价双烯，其表现出卓越的综合储锂性能:即使在20000 mA/g的电流密度下重量比容量仍高达810 mAh g-1，体积比容量相比非共价封装和未封装材料分别高出1358%和1442%；比目前的商业化锂离子电池的比能量和能量密度均高出40%以上（Nat. Commun. 2020，11，3826）。
（二）技术特点及技术指标
1.制备公斤级硅/碳杂化材料，实现活性材料面负载量10 mg cm-2以上稳定循环500 圈（面容量达到10 mAh cm-2以上）。
2.通过杂原子（氧原子、氮原子等）有效桥连硅/碳界面，实现硅/碳之间稳定的化学结合，进一步优化硅/碳界面电子和锂离子传输特性，实现高负载量、高倍率性能硅/碳负极材料的宏量制备，在5 C（20 A g-1）电流密度下放电容量为0.1 C 的60%。
3.建立针对硅碳负极体系表征分析方法，明晰其电荷动力学特征，反馈优化材料与电极结构设计。实现关键材料中试化制备；攻关锂离子电池连续化制备核心工艺，获得高性能动力锂离子电池并实现连续化生产。
二、技术成熟程度
已在产业中应用
三、推广合作方式
整体转让
四、团队简介
项目团队面向高性能锂离子电池，针对硅/碳杂化材料展开系统研究，依托中国石油大学（华东）高端化工与能源材料研究中心，已发展成为国内能源存储领域和富碳纳米材料的结构与功能调控及其应用研究方向具有重要影响的研究团队。在富碳纳米材料的结构调控、功能化与多元复合方面做出创新性成果，设计和建构了具有独特化学杂化结构的富碳纳米材料，围绕碳/锡（硅）复合电极材料，在国际上率先提出了复合组分维度匹配性的概念，发展了多种高性能、多功能复合电极材料。项目团队已在Nature. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.和J Am. Chem. Soc.等国际一流学术刊物上发表高质量研究论文280余篇，获他人正面引用25000余次，项目负责人连续六年入选科睿唯安“全球高被引科学家”。先后承担了科技部国际合作、863、纳米重大专项课题，基金委国际合作、杰出青年基金、联合基金重点等项目20余项。授权国家发明专利30余项，其中“二次电池用复合电极材料”等三个专利包已经完成技术转让与项目落地。获北京市自然科学三等奖、上海市自然科学一等奖。
五、专利授权及申请情况
1.一种三维导电网络化硅碳复合材料及其制备方法和应用，李祥龙，张兴豪，周敏，智林杰，2017.4.26，201710281023.8，发明专利
2.一种双连续结构碳硅复合材料及其制备方法和用途，李祥龙，周敏，智林杰，2015.10.12，201510658582.7，发明专利
3.一种微纳结构化硅碳复合微球及其制备方法和应用，李祥龙，张兴豪，智林杰，2014.11.21，CN201410675339.1，发明专利
4.一种以硅灰为原料制备纳米尺寸的硅及硅/碳复合材料的方法及其用途，李祥龙，智林杰，2014.05.15，CN201410205378.5，发明专利
5.硅-碳纳米复合薄膜及其制备方法和应用以及锂离子电池，李祥龙，王斌，智林杰，2013.10.16，2013104852152，发明专利
6.石墨烯支撑的硅量子点负极材料及其制备方法和用途，李祥龙，王斌，智林杰，2014.11.04，2014106123128，发明专利
7.一种锂离子电池负极材料、电池负极及其应用，智林杰，Muhammed Qaisar Sultan，Rashid Iqbal,马英杰，2019.3.26，201910234745.7，发明专利
8.一种硅碳复合材料及其制备方法和用途，李祥龙，张兴豪，智林杰，2018.12.26，201910953719.X，发明专利
9.一种三维导电网络支撑的多孔硅纳米材料及其制备方法和用途，李祥龙，张兴豪，智林杰，2014.12.12，CN201410768349.X，发明专利
10.一种空腔结构化硅-碳核壳纳米线阵列、制备方法及其用途，李祥龙，王斌，智林杰，2014.08.29，CN201410437764.7，发明专利
11.一种锂离子电池负极材料、电池负极及其应用，智林杰，Muhammed Qaisar Sultan，Rashid Iqbal,马英杰，2019.3.26，CN201910234745.7，发明专利
12.一种纳米尺寸的硅及硅/碳复合材料的制备方法及其用途，智林杰，李祥龙，2014.05.15，CN201410205370.9，发明专利
13.一种三维导电网络支撑的多孔硅纳米材料及其制备方法和用途，李祥龙，张兴豪，智林杰，2014.12.12，CN201410768349.X，发明专利
14.一种碳硅复合材料及其制备方法和用途，李祥龙，张兴豪，智林杰，2016.3.17，CN201610154348.5，发明专利
15.一种微纳结构化碳硅复合微球及其制备方法和用途，李祥龙，张兴豪，智林杰，2016.3.28，CN201610183286.0，发明专利
六、受资助及获奖情况
1.国家杰出青年科学基金，富碳高分子材料，2015.01-2019.12
2.科技部国际合作项目，多功能纳米材料及微型太阳能电池研究，2009/01-2011/12
3.科技部863项目，用于光电器件的新型低成本窗口电极材料，2009/05-2011/10
4.国家自然科学基金中德中心项目，用于储能器件的功能化碳基网络电极材料，2013/05-2016/04
5.北京市自然科学，三等奖，石墨烯/锡化物复合电极材料的维度匹配性研究，2018
联系方式：0532-86983018。
