学科专业评审组：材料科学组
项目名称：高安全性无锂枝晶生成的钒酸锂微纳材料调控与储锂机制探索
提名单位： 陕西省教育厅
提名等级：三等奖
提名单位意见： 　由于能源消耗日益增加带来的环境问题，开发高效和环保的存储与转换器件是社会可持续发展的必然趋势。本课题立足于“高安全性无锂枝晶生成的钒酸锂微纳材料调控与储锂机制探索”。锂离子电池产业关键问题在于:离子扩散速率慢；极化程度大及安全性。 　　针对该难题，项目组主要创新点是： 　　（1）开展了材料结构设计和合成规律探索：利用微波辐射技术制备高纯Li3VO4微纳结构（空心纳米球、纳米花、空心纳米立方体及纳米线）；揭示了合成演变规律。 　　（2）发现了Li3VO4原位电化学反应机理：采用原位同步X射线衍射-电化学联用技术和原位透射电子显微镜-电化学联用技术观察了空心纳米球的Li3+xVO4和Li3+yVO4中间相在锂化/脱锂过程的变化。 　　（3）创新了第一性原理引导与实验有机结合：通过第一性原理计算探究锂离子在不同晶面Li3VO4空心纳米球中(100)晶面迁移到材料内部电化学反应机制。显著提升了Li3VO4安全性、循环稳定性及利用率：Li3VO4空心纳米球具有优异的循环性能，即500次循环后可逆容量依然可达299.6 mA h g-1。 　　推广应用及效益情况：2020-2023年，成果在陕西、江苏、安徽等单位应用；项目技术形成了保护核心技术专利群；这为改善高安全电极材料的电化学性能做出了贡献。 　　同意推荐陕西省科学技术进步奖三等奖。
项目简介：
客观评价：
应用情况和效益：
主要知识产权和标准规范等目录：
主要完成人：
  1. 姓名：孙嬿
    排名：1
    行政职务：学术带头人
    技术职称：教授
    工作单位：苏州科技大学
    对本项目技术创造性贡献： 本人为项目负责人。负责设计了材料结构，探索了合成规律：利用一种微波辐射技术制备高纯Li3VO4 纳米结构（包括空心纳米球、纳米花、空心纳米立方体及纳米线）。根据不同反应历程的结构和形貌的演变规律，推断出：Li3VO4 纳米材料的生长过程经历了“溶解-重结晶-奥斯特瓦尔德熟化”三个阶段，为低成本、高效制备材料提供实验基础。在Cryst. Res. Technol. 发表SCI 论文１篇；授权国家发明专利４项ZL202310002359.1、ZL2023100023089、ZL202310037887.0、ZL202310037886.6；有利支撑了本项目的研发和产业化。
    曾获国家科技奖励情况：1、2024年，陕西高等学校科学技术研究优秀二等奖（第一）； 2、2024年，陕西省科学技术进步奖三等奖（第四）； 3、2023年，江苏省能源研究会科学技术奖二等奖（第一）； 4、2013年，河北省科学技术发明三等奖（第一）。
  2. 姓名：彭文修
    排名：2
    行政职务：副总经理
    技术职称：高级工程师
    工作单位：中矿资源（江西）新材料有限公司
    对本项目技术创造性贡献： 彭文修，南开大学博士，高级工程师，现任公司技术副总；主要研究方向为锂离子电池正极材料合成与改性，电池级锂盐工艺技术和产业化，固废渣高值化综合利用等。曾任山东瑞福锂业有限公司技术研发总监，山东晟锂环保科技有限公司技术总负责人等。获得国家重点研发专项课题负责人1项，江西省中央引导地方项目1项，新余市科技支撑项目1 项；累计发表20余篇论文、10余项（第一发明人5项）专利、5项以上（第一起草人2项）国家/行业标准。获得江西省级新产品一等奖1项、二等奖2项、三等奖2项；山东省企业技术创新一等奖2项。负责电池材料在功率密度、安全性、寿命、成本等方面性能优化。
    曾获国家科技奖励情况：1、2024年，陕西高等学校科学技术研究优秀成果二等奖（第二）； 2、2024年，江西省优秀新产品（4A分子筛）三等奖（第一）； 3、2024年，江西省优秀新产品（99.9%球状草酸锂）二等奖（第二）； 4、2024年，江西省优秀新产品（四氟硼酸锂）三等奖（第二）。 5、2024年，江西省优秀新产品（99.9%氟化铯）二等奖（第三）； 6、2023年，江西省优秀新产品（磷酸二氢锂）一等奖（第三）； 7、2019年，山东省企业技术创新奖优秀新产品（单水氢氧化锂）一等奖（第三）； 8、2019年，山东省企业技术创新奖优秀成果（用电池级沉锂母液回收制备高纯碳酸锂的工艺）一等奖（第三）； 9、2024年，全国有色金属标准化技术委员会技术标准优秀奖三等奖（第二十）； 10、2023年，全国有色金属标准化技术委员会技术标准优秀奖一等奖（第二十八）。
  3. 姓名：叶明富
    排名：3
    行政职务：无
    技术职称：副教授
    工作单位：安徽工业大学
    对本项目技术创造性贡献： 本人参与了材料微观结构储能机理探索。利用原位透射电子显微镜和选区电子衍射技术监测了Li3VO4空心纳米球的锂化过程，并进一步探讨了Li3VO4纳米材料的锂离子嵌入/脱嵌机制。结果表明：首次嵌锂后，Li3VO4空心纳米球的体积发生了细微的体积膨胀变化（仅仅0.22%），表明空心纳米球结构具有良好的循环稳定性；从SAED谱图可观察到Li3VO4在第一周放电后的微观结构，即(001)、(011)、(101)、(210)晶面消失，说明Li3VO4转换为Li3+yVO4中间相，这与原位SXRD数据中的现象一致。
    曾获国家科技奖励情况：1、2024年，陕西高等学校科学技术研究优秀成果二等奖（第五）。
  4. 姓名：赵阳
    排名：4
    行政职务：无
    技术职称：副教授
    工作单位：西京学院
    对本项目技术创造性贡献： 本人负责机制探索。负责通过对不同形貌的Li3VO4纳米结构进行XRD、SEM 和TEM 等表征，探究随着反应时间的延长，Li3VO4材料的形貌演变过程，揭示了Li3VO4材料的生长机制；将所制备的四种形貌的Li3VO4纳米材料作为锂离子电池的负极材料，并进行相关的电化学性能测试，以此来探索样品的微观形貌和结构对电化学性能的影响。在New J. Chem., 2022, 46, 10577–10583 发表SCI论文１篇；支撑本项目产业化。
    曾获国家科技奖励情况：1、2024年，陕西高等学校科学技术研究优秀成果二等奖（第三）； 2、2020年，陕西省科学技术进步奖三等奖（第六）。
  5. 姓名：童小伟
    排名：5
    行政职务：总经理
    技术职称：工程师
    工作单位：苏州聚云新能源科技有限公司
    对本项目技术创造性贡献： 童小伟总经理，苏州聚云新能源科技有限公司联合创始人。主要从事新型电池材料研究、组装及运营；公司研发中心与苏州科技大学李春生课题组签订了产学研合作协议，就基于锂离子电池的新技术、新工艺、新材料进行合作开发，不断增强自身开发能力。2018 年通过欧盟EN15194；2020年聚云与TVU深度合作，先后取得全系列工业电池CE证书以及多款CB认证证书，并通过最新ISO9001：2015质量管理体系认证。重视产品技术创新，更好服务碳达峰、碳中和目标。
    曾获国家科技奖励情况：1、2024年，陕西高等学校科学技术研究优秀二等奖（第七）。
  6. 姓名：黄凤
    排名：6
    行政职务：总经理
    技术职称：无
    工作单位：中矿资源（江西）新材料有限公司
    对本项目技术创造性贡献： 本人负责界面控制。由于电解液分解，导致固体电解质界面（SEI膜）覆盖在负极材料上。SEI 膜极其不稳定，在Si 体积膨胀的同时，SEI膜会被破坏，新的电极材料会暴露于在电解液中，因此SEI膜变得更厚，并且随着它的形成会消耗大量锂离子，这会导致整个电极的电导率差、初始库伦效率低等问题。产业化经验丰富。
    曾获国家科技奖励情况：1、2016年，集团公司“优秀员工”称号； 2、2017年，集团公司“优秀管理者”称号； 3、2022年，集团公司“优秀管理者”称号。
  7. 姓名：王笛笛
    排名：7
    行政职务：无
    技术职称：无
    工作单位：苏州科技大学
    对本项目技术创造性贡献： 王笛笛，女，汉族，山西省晋城市人。2014年9月至2018年7月就读于延边大学化学工程与工艺专业，获得学士学位；2020年9月至2023年6月于苏州科技大学化学与生命科学学院攻读应用化学专业学术硕士。以第一作者发表一区SCI学术论文2篇，参与发表一区SCI学术论文6篇，以学生第一发明人申请专利3项，参与申请专利14项。采用原位同步X射线衍射-电化学联用技术和原位透射电子显微镜-电化学联用技术深入剖析材料电化学机理。发现了Li3VO4空心纳米球低体积膨胀变化的根源，为提高电池稳定性、安全性及倍率性能提供实验借鉴。
    曾获国家科技奖励情况：1、2024年，陕西高等学校科学技术研究优秀成果二等奖（第八）。
主要完成单位及创新推广贡献：
  1. 单位名称：西京学院
    单位贡献： 西京学院为项目提供了材料合成设备和材料微观结构检测的平台，测试服务有XRD、SEM、TEM/HRTEM、IR、BET、原位TEM、原位XRD等表征手段；搭建了科研团队打通了电极材料小试、中试及量产的工艺设计；为项目提供了充足的配套资金和经费；为课题产业化铺平道路。 　　西京学院创建于1994年，2005年获批为普通本科高校，2009年获学士学位授予权，2010年作为全国第一所民办高校通过教育部本科合格评估，2011年获批成为“服务国家特殊需求人才培养项目”——学士学位授予单位开展培养硕士专业学位研究生试点单位，2017年通过教育部本科教学审核评估，2018年被陕西省确立为“一流学院”建设单位，2021年经国务院学位委员会批准，正式获批为硕士学位授予单位。学校在全省高校秦创原建设工作及科技成果转移转化工作评估工作中获评为A等。2023年《中国民办本科院校科研竞争力评价研究报告》显示，学校多项科研指标保持在全国民办高校前列，科研竞争力已连续六年稳居全国民办高校第一。2024年，学校“工程科学”学科进入ESI全球排名前1%。 　　总之，依托单位为项目提供了全方位支持和关爱。

  2. 单位名称：苏州科技大学
    单位贡献：　苏州科技大学作为项目牵头单位，坚持科创引领，产学研用深度融合。获国家科技进步奖6项；主持863计划、国家自然科学基金重点项目、国家重大科技专项等重大课题。拥有国家级项目285项、省部级科研奖68项（一等奖18项）；在Nature等国际顶刊论文13篇。科技成果连续2年入选“江苏省行业领域十大科技进展”。 　　学校建有国家地方联合工程研究中心等省级以上科研平台30个；为突破电池材料安全性重大技术瓶颈实现三大创新： 　　（1）创新了高安全性低低温电池：结合DFT理论模拟计算，发现了低温和倍率工况的典型电极材料Li+沿高暴露(100)晶面动力学最佳反应路径，采用原位电化学同步辐射X光衍射（SXRD）和原位电化学TEM探索了高效离子迁移的新型储锂机制，获得极低体积膨胀率（0.22%），并展现优异倍率性能；并实现了产业应用。 　　（2）Li3VO4晶面的DFT理论计算：通过第一性原理计算探究锂离子在不同晶面的Li3VO4空心纳米球中的电化学反应机制。 　　（3）计算获得锂离子在充放电过程中更容易沿Li3VO4空心纳米球的(100)晶面迁移到材料内部；计算指明了材料改善倍率性能的新途径。 　　本项目解决了“高倍率工况检测无锂枝晶材料设计与长寿命防护”关键难题，整体技术达国际先进水平。

  3. 单位名称：中矿资源（江西）新材料有限公司
    单位贡献：　中矿资源（江西）新材料有限公司坐落于江西省新余市高新开发区，是中矿资源集团股份有限公司的全资子公司（SZ：002738）。公司主要从事锂盐、铯盐、铷盐的生产和销售。拥有自有锂矿、铷铯矿的海外矿山；具有丰富的从矿石提锂、提铷铯的技术和经验。公司坚持科技创新，获得国家级、省市级科技奖项近10项，发明专利20余项。 　　公司为项目提供材料中试测试和验证平台；结合反应热力学和动力学检测数据，开发出材料安全性能提升的新途径。可见，申报单位助力了项目的产业化。为本项目提供试验原料、培养优化和工程放大的量产场所。企业助力了本项目的材料推广。我们与国内外知名企业已建立长期友好合作关系，是国际锂电新能源汽车行业链条的重要供应商，也是全球最大的铷铯盐生产供应商。成为全球新能源材料、航天航空业、石油钻井、医疗器械、医药生产，紧密制造行业的重要合作伙伴。

  4. 单位名称：安徽工业大学
    单位贡献：　本项目有力依托了学校提供的坚实重点实验室平台：（1）冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室；（2）生物膜法水质净化及利用技术教育部工程研究中心；（3）先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室。学校还为本项目提供了测试材料微观结构与电化学性能的内在关系。 　　项目还将充分利用学校的学科平台优势：已现有国家级、省级一流本科专业建设点54 个，其中国家级一流本科专业建设点20个；国家级一流本科课程21门；国家级特色专业、综合改革试点专业6个，省级特色（品牌）、综合改革试点、振兴计划专业47个；68个专业在2024“软科中国大学专业排名”中进入B级以上，占我校排名专业总数的95.8%；15个专业通过了教育部和住建部工程教育专业认证（评估），位居省属高校首位、全国高校第54位。材料科学、工程学、化学、计算机科学4个学科跻身全球ESI 排名前1％，其中，材料科学、工程学、化学3个学科进入全球前5‰ 。

  5. 单位名称：苏州聚云新能源科技有限公司
    单位贡献：　苏州聚云新能源科技有限公司与西京学院、苏州科技大学及安徽工业大学产学院合作；为项目提供电池组装、系统测试、电路开发及安全评测。项目产品服务的领域包括：锂离子电池装配成套设备研发、固态锂电池的研发和后段生产、BMS研发、低温电池组装与检测等；团队深耕锂离子电池细分领域多年，是一家专业开发和生产小型电池的高新科技企业；主要应用领域包括了E-Bike电池、电池汽车电池及叉车电池的设计及成套先进装配、工业电池以及配套供电系统。早在2018年通过了欧盟EN15194：2017认证，除专业的组装能力外，拥有自主型材、塑件等开发能力，可为客户量身打造专属产品，CE、CB、UN38.3认证齐全；同时在拓展新的业务跨境模式。积极开展产学研合作，为本项目提供合作支撑；为储能领域的发展起到推动作用。总之，公司推动本项目产业化。

完成人合作关系说明： 完成人合作关系说明：1
陕西省科技厅成果处