新型高稳定性SnSb基核壳负极材料的设计与嵌锂性能研究的任务书.docx

新型高稳定性SnSb基核壳负极材料的设计与嵌锂性能研究的任务书
任务书
一、任务背景
随着电动汽车、储能电池等领域的迅速发展，锂离子电池成为目前最为广泛应用的电化学储能设备。负极材料作为锂离子电池的关键组成部分，直接决定了电池的储能性能、循环寿命、安全性等方面。目前在负极材料领域，石墨材料的商业化应用占据主导地位，但其能量密度已无法满足迅速增长的电动汽车和储能市场的需求。为此，寻求高性能的负极材料成为锂离子电池领域的研究热点，其中SnSb合金作为一种含锡复合材料，因其较高的离子扩散系数、高容量等优点备受关注。
然而，SnSb合金在使用过程中仍然存在嵌脱锂容量下降、循环稳定性欠佳等问题，这些问题的根源在于SnSb自身在嵌锂反应过程中容易发生膨胀和固溶，使其结构破坏、活性位点失活，因此有必要进行材料优化。目前，将SnSb合金材料与一定比例的碳质包覆层制成核壳结构被证实是一种常见有效的改善措施，包覆层在防止材料膨胀、稳定结构方面起到了关键的作用。由此可见，对于SnSb基负极材料的核壳结构优化设计，具有很高的理论和实际指导意义。
二、任务目标
本次任务的主要目标是通过设计合理的SnSb基核壳结构负极材料，克服其在电化学嵌锂反应性能方面存在的诸多问题，实现电化学性能的实质性提升。具体任务目标如下：
1.设计一种高稳定性的SnSb基核壳结构负极材料，确保其在电化学嵌锂反应过程中长循环寿命和良好的稳定性。
2.利用现代计算材料学和电极化学分析技术对所设计的SnSb基材料的嵌锂机制、电化学嵌锂反应动力学等进行深入研究，分析其在电化学嵌锂反应过程中的电化学行为和反应路径。
3.对所设计的SnSb基材料进行合成、结构表征和电性能测试，验证其在电化学嵌锂反应性能方面的优化效果。
三、任务内容
1.进行SnSb基核壳结构材料的设计，制定材料制备方案并进行合成实验。核壳结构应在碳层合理厚度条件下，能够抑制材料固溶和膨胀，提高微观结构稳定性。
2.运用先进的计算材料学技术，对所设计的SnSb基材料的嵌锂机理、嵌锂过程中与锂离子相互作用的关键参数进行计算分析，并确定最优的核壳结构设计。
3.进行结构表征和电性能测试，分别采用XRD、SEM、TEM等技术手段探究材料的晶体结构和形貌，考察各项电化学参数如嵌锂容量、循环寿命、循环衰减等指标，并深入分析物理化学原因。
4.将实验数据加以整理，进行数据分析、模型构建和建模仿真等分析手段，探究其在电化学性能优化方面的机制，并提出相应的理论解释和展望。
四、预期成果
1.整合能够抑制SnSb合金材料固溶和膨胀现象的碳层材料，并通过控制核壳结构在更广泛的范围内实现SnSb基负极材料性能的优化。
2.通过现代计算材料学技术深入探究SnSb基负极材料嵌锂机制和电化学嵌锂反应动力学特性。
3.系统评价所设计的SnSb基核壳结构负极材料的电性能和循环寿命等，验证其在应用上的性能提升效果。
4.提出针对SnSb基负极材料功率密度、能量密度改进的策略，并为锂离子电池及其他领域的高性能负极材料研制提供参考意见。
五、任务时间和预算
1.任务周期：18个月
2.预算：200万元
六、团队组建
本次任务需要由核心研发团队和技术支持团队共同完成。
核心研发团队包括：
1.1名材料科学与工程博士负责材料设计和合成；
2.1名电化学博士负责电性能测试和电化学行为分析；
3.1名计算材料学专家负责计算分析和建模仿真等方面。
技术支持团队包括：
1.具有锂离子电池先进制造技术背景的工程师，负责SnSb基材料的制备和相关性能测试等实验工作；
2.具有化学、物理等背景的实验室技术员，负责实验前后的设备调整、样品制作、数据记录、日常管理等方面的工作。
团队成员应具备以下能力：
1.具有材料科学、制备和电化学领域的知识背景，熟悉锂离子电池储能领域的研发、制造和应用情况；
2.具备系统掌握机械、电子、物理、化学、数学等相关领域的基本理论和实验技能；
3.具备较强的创新意识，具有优秀的团队合作精神、沟通协调能力和独立解决问题的能力。