DOCX《专家推荐国家技术发明奖项目公示》

专家推荐国家技术发明奖项目公示 项目名称 高性能锂离子电池用石墨和石墨烯材料 推荐专家1姓名 陈立泉 推荐专家1工作单位 中国科学院物理研究所 推荐专家1职称 研究员/中国工程院院士 推荐专家1学科专业 电化学 推荐专家1意见: (注意:多名专家联合推荐时,推荐意见内容可各有侧重,推荐等级应一致.

) 锂离子电池已经在消费电子、电动汽车和储能等领域得到广泛应用,对汽车产业的升级和风能、太阳能等新能源的利用具有重要的意义.然而锂离子电池的能量密度、充电速率和成本等方面还不能满足市场的要求.改善锂离子电池中石墨负极材料的性能是解决上述问题的关键因素之一.康飞宇教授研究团队针对天然鳞片石墨和微晶石墨负极材料的深加工技术,经过多年研究和开发,取得了突破性进展. 发明了双氧水/浓硫酸共插层天然鳞片石墨改性和微膨化技术,获得了可快速充电、低硫、碳包覆微膨鳞片石墨负极材料,显著提高了商用天然鳞片石墨负极的快速充电性能、宽使用温度范围和循环寿命.发明了表面碳包覆和间隙碳钉扎层微晶石墨复合改性技术,获得了具有优异高倍率充放性能和高首周库仑效率的微晶石墨负极材料,推动了天然微晶石墨负极的商业化应用.发明了低温负压制备石墨烯并在墨烯片上打孔的制备技术,开发了可快速充放电锂离子电池的正极导电剂,可大幅降低导电剂的用量,提高了电池的体积能量密度. 上述成果已在深圳市翔丰华科技有限公司、内蒙古瑞盛新能源有限公司、鸿纳(东莞)新材料科技有限公司等单位实现了规模化生产和应用.相关产品与技术已应用于比亚迪股份有限公司、东莞新能源科技有限公司、宁德时代新能源科技有限公司等国内锂电龙头企业和美国加利福尼亚州锂电池公司. 该项目突破了多项石墨材料制备和应用关键技术,并在产业化应用方面取得了很好的经济和社会效益. 推荐该项目为国家技术发明奖一等奖. 推荐专家2姓名 邹广田 推荐专家2工作单位 吉林大学 推荐专家2职称 教授/中国科学院院士 推荐专家2学科专业 物理学 推荐专家2意见: (注意:多名专家联合推荐时,推荐意见内容可各有侧重,推荐等级应一致.) 天然石墨深加工产品在电子、核能、航天、航空、能源、环保等领域有着广泛的应用,在国防、军工领域更是不可或缺,可膨胀石墨和石墨烯是天然石墨深加工的重要产品,其传统制备过程能耗高,污染严重. 传统制备可膨胀石墨的方法是用浓硫酸进行插层氧化,浓硫酸使用量大,制备过程对环境的污染严重,同时插层效率较低.该项目突破了传统思路,创造性地提出了双氧水和浓硫酸共插层天然石墨,不但提高了插层效率,减少了插层剂对环境的污染,同时通过调控插层剂比例控制脱插过程实现了膨化程度可控的石墨材料制备.以此项技术为基础,发明了可快速充电微膨改性石墨负极和石墨烯导电剂的制备和应用技术: 1)发展了具有优异电化学性能可快速充电的碳包覆微膨改性石墨负极.该材料 核 为石墨层间化合物脱插后得到的微膨石墨,具有纳米-微米级孔隙和大量缺陷,可以缓冲循环过程中石墨的体积变化,提高快速充电能力;

壳 为有机物热解得到的结构稳定的无定形碳,能够降低改性石墨首次不可逆容量.材料显示了较好的比容量和优异的快速充放电性能和循环性能. 2)发明了石墨烯的低温负压剥离制备方法.提出了氧化石墨新的剥离机制,突破了氧化石墨的解理温度阈值,创造性地通过营造负压环境,在低温下官能团气化脱除时氧化石墨形成 片层内外足够的压力差 ,将常用的化学剥离温度从1000℃降低至200℃,首次在低温的温和条件下获得完全剥离的高品质石墨烯片.此项技术为制备石墨烯导电剂奠定了理论和方法基础.石墨烯导电剂已经实现产业化,在动力电池中得到良好的应用. 该项目突破了可膨胀石墨及石墨烯材料制备和应用的关键技术,材料制备技术在节能减排方面也具有重要意义. 推荐该项目为国家技术发明奖 一 等奖. 推荐专家3姓名 南策文 推荐专家3工作单位 清华大学 推荐专家3职称 教授/中国科学院院士 推荐专家3学科专业 材料科学与工程 推荐专家3意见: (注意:多名专家联合推荐时,推荐意见内容可各有侧重,推荐等级应一致.) 我国是石墨的资源大国,但是高端石墨产品却一直受制于国外发达国家.该项目立足于我国丰富的石墨资源,发明了高附加值的天然鳞片石墨和微晶石墨深加工技术,制备高性能的石墨负极材料和新型的石墨烯导电剂,解决了基于传统石墨材料的动力电池快充性能差和能量密度低的问题. 在石墨深加工技术上,该项目取得了两大突破.第一,突破了传统硫酸插层石墨技术工艺效率低的瓶颈,利用双氧水和浓硫酸共插层提高了插层效率,减少了硫酸使用量,获得了低硫可膨胀石墨;

第二,突破了氧化石墨热剥离制备石墨烯的高温技术瓶颈,将所需的1000℃高温通过引入负压成功降低到200℃,获得了高品质石墨烯.其技术成果在内蒙古瑞盛新能源公司成功实现转化,推动了国内高端石墨产品的开发. 基于项目的技术突破,获得了三个系列的高性能石墨负极材料并成功实现产业化和市场化.第一,获得了具有快充性能和长循环寿命的改性天然鳞片石墨负极材料;

第二,获得了具有快充性能的改性微晶石墨负极材料;

第三,获得了具有高容量和长循环寿命的硅碳复合负极材料;

从而打破了我国石墨市场长期以来被国外高端石墨负极材料垄断的局面. 该项目还延伸到新型石墨烯材料,提出了以石墨烯为新型电池导电剂的应用技术,显著降低了导电剂在电池中的比例,提高了动力电池的能量密度,打破了国内石墨烯产业有产品无市场的局面. 该项目技术发明具有重大科学意义,产生了良好的经济效益和社会效益. 推荐该项目为国家技术发明奖 一 等奖. 项目简介: 该项目属于无机非金属材料中的石墨及碳素制品制造技术. 天然石墨在电子、能源、核能、航空航天及国防等领域具有广泛的应用,是重要的战略物资.我国天然石墨储量、产量均居世界首位,然而,精细加工水平落后,产品附加值低.日美等发达国家基于我国廉价的天然石墨原料,深加工成先进石墨产品,在民用高附加值制品和国防领域形成垄断局面. 为适应新能源存储和电动汽车的发展,高比能、高功率、高安全性和长寿命是锂离子电池的发展方向.石墨作为锂离子电池的主要负极材料,其快速充电性能差、正极材料电子传输性能差成为制约上述性能提升的主要瓶颈.该项目在对碳/石墨相关科学问题长期深入研究基础上,发展了一系列天然石墨精细加工技术,开发了可快速充电的石墨基负极材料和高性能石墨烯基导电剂,打破了我国高端石墨产品匮乏,石墨高附加值加工技术长期被国外垄断的局面,成果成功实现技术转化和产业化. 项目主要发明点:

1、发明了双氧水/浓硫酸共插层天然鳞片石墨改性和微膨化技术,两种插层剂的协同作用显著提高了插层效率,实现了低硫、优质可膨胀石墨的低成本制备;

在此基础上发展了可快速充电、低硫、碳包覆微膨改性石墨负极材料,显著提高了商用天然鳞片石墨负极材料的快速充电性能、宽使用温度范围和循环寿命;

发明了表面碳包覆和间隙碳钉扎层微晶石墨复合改性技术,获得了具有优异高倍率充放性能的微晶石墨负极材料,推动了天然微晶石墨负极的商业化应用.

2、发明了低温负压制备石墨烯的方法,突破了氧化石墨的解理温度阈值,将氧化石墨解理温度从1000℃降至200℃,在200℃的温和条件下实现了高品质、低缺陷石墨烯的低成本、宏量制备;

提出了电极材料-石墨烯 点-面 接触电子快速输运模型,开发了可快速充放电锂离子电池的正极导电剂,可大幅降低导电剂的用量,提高了电池的体积能量密度;

发现了石墨烯对锂离子传输的位阻效应,并针对此发明了多孔石墨烯导电剂和石墨烯/导电炭黑二元导电剂的制备技术,发展了其在不同正极体系(纳米磷酸铁锂、微米钴酸锂和三元材料)中的应用技术,解决了传统导电剂导电效率低、应用量大的问题.

3、发明了高容量嵌硅多孔碳与石墨烯层三明治结构负极材料的制备方法,发展了膨胀石墨/纳米硅和石墨复合负极材料及其在凝胶电解质电池中的应用技术,有效改善了硅/碳负极在实用化过程中结构粉化、电极膨胀问题,提高了高温与大倍率循环性能. 基于上述创新技术开发的可快充石墨负极材料和石墨烯导电剂组装的电池具有良好的快速充电、放电、循环和高低温性能. 该项目共获得授权发明专利35项,相关研究内容发表SCI论文38篇;

项目成果已在深圳市翔丰华科技有限公司、内蒙古瑞盛新能源有限公司、鸿纳(........