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硅基新一代鋰電負極材料制備
項目成果/簡介:目前鋰離子電池的能量密度已經越來越不能滿足其在電動汽車、智能手機和大規模儲能方面的應用。鋰離子電池的能量密度低主要是因為所采用的正負極材料的比容量較低，尤其是負極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業化前景的負極材料為硅基負極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據招商證券預計，硅基負極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業化應用，較大的體積變化導致極片碎裂以及電解液在材料表面持續分解，從而造成其循環性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導體，其導電性較差，從而導致硅基負極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負極材料這兩大缺點是普及硅基材料在鋰離子電池應用的關鍵。 陳永勝教授課題組結合在納米技術和石墨烯材料領域的專長，經過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業化的工藝技術制備了石墨烯包覆的硅基負極材料，主要技術創新點包括：1）采用獨特的、具有自主知識產權的納米技術將大粒徑的硅粉進行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負極材料循環性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發揮了石墨烯導電導熱性能好、機械性能優異、電化學性能穩定等特點，改善了材料的鋰離子擴散性能和電子導電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結構的整體穩定性，極大地提升了循環特性。效益分析:陳永勝教授課題組發明的石墨烯包覆硅基負極材料，從制備過程上講，具有工藝簡單、成本低廉、易工業化的特點；從性能上講，具有比容量高、穩定性好、壓實密度大等優點，與高比容量正極組成的鋰離子電池的能量密度是當前商業化鋰離子電池能量密度的數倍以上。
南開大學
2021-04-11
硅基新一代鋰電負極材料制備
目前鋰離子電池的能量密度已經越來越不能滿足其在電動汽車、智能手機和大規模儲能方面的應用。鋰離子電池的能量密度低主要是因為所采用的正負極材料的比容量較低，尤其是負極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業化前景的負極材料為硅基負極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據招商證券預計，硅基負極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業化應用，較大的體積變化導致極片碎裂以及電解液在材料表面持續分解，從而造成其循環性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導體，其導電性較差，從而導致硅基負極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負極材料這兩大缺點是普及硅基材料在鋰離子電池應用的關鍵。 陳永勝教授課題組結合在納米技術和石墨烯材料領域的專長，經過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業化的工藝技術制備了石墨烯包覆的硅基負極材料，主要技術創新點包括：1）采用獨特的、具有自主知識產權的納米技術將大粒徑的硅粉進行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負極材料循環性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發揮了石墨烯導電導熱性能好、機械性能優異、電化學性能穩定等特點，改善了材料的鋰離子擴散性能和電子導電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結構的整體穩定性，極大地提升了循環特性。
南開大學
2021-02-01
硅基薄膜太陽能電池制備技術
本項目采用隧道結技術實現疊層太陽能電池的制備，擴展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉換效率。
一、項目分類
關鍵核心技術突破
二、成果簡介
太陽能是大自然賜予人類最清潔，最豐富的能源資源，目前商用的太陽能電池以晶體硅電池為主，由于晶體硅消耗硅料較多，近年來人們一直致力于開發硅薄膜電池。非晶硅薄膜電池已經實現了商業化生產并有了一定的市場份額，但它仍存在不足之處，包括光致衰減效應和轉換效率不高(約6％)等。本項目在國家863計劃課題(2006AA03Z219)支持下，開展了以多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和納米晶薄膜的制備和相關材料的單結與疊層硅基太陽能電池關鍵技術研究，已經申請發明專利5項，發表科研論文20余篇。
三、創新點以及主要技術指標
1.利用LPCVD方法和自擴散技術生長多晶硅p-n結，結合層轉移技術制備多晶硅薄膜太陽能電池；
2．采用金屬誘導晶化和快速熱處理技術實現優質多晶硅薄膜的制備并在低溫下制備太陽能電池；
3.在PECVD和HWCVD生長硅薄膜時，通過生長溫度，氣體流量，氫氣稀釋比，腔室氣壓等參數實現微晶硅或者納米晶薄膜的生長；
4.采用雙層膜技術減小表面處入射光的反射并實現表面鈍化，提高入射光的收集率和少數載流子壽命；
5.采用高低結結構增加光生載流子的收集效率；
6.采用隧道結技術實現疊層太陽能電池的制備，擴展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉換效率。
四、知識產權及獲獎
國家863項目(2006AA03Z219)
南京航空航天大學
2022-08-12
寬波段硅基探測器產業化開發
圖像傳感器，是一種常用的光電探測器件，它能將光子信號轉換成電子信號，被廣泛地應用在高性能光譜儀、數碼相機以及其他的電子光學設備中。普通的CCD、CMOS硅基探測器能獲得高量子效率的光譜響應范圍在400~900nm波段，在紫外波段，由于多晶硅柵的吸收系數很大，這就意味著紫外光子在極端淺（小于2nm）的表層被吸收，導致其在波長小于400nm的紫外波段量子效率（QE）極低。紫外量子效率低的缺陷限制了前照式硅基探測器在航空業、工業以及制造業等領域中的應用。因此，研制寬波段硅基探測器件使其響應范圍延伸到紫外和深紫外波段是國內外紫外探測領域的迫切需要。
上海理工大學
2021-04-13
一種基于硅基液晶的波長分辨監測方法
本發明公開了一種基于硅基液晶的波長分辨監測方法。基于硅 基液晶在同樣的偏置電壓下，對不同波長入射光有不同的相位調制的 特性，對在硅基液晶波長工作范圍內的光信號實現分析與監測，并能 在入射光波長未知的條件下，對該波長進行測量，并能隨著相位調制 精度的提高，提高波長的分辨精度。本發明元件少，系統結構簡單緊 湊，對光路的準直要求不高，無需苛刻光路的耦合與復雜操作就能進 行波長的分辨，并且有著與入射光偏振態無關的特性，在分辨出波長 的同時，還能對入射光束的偏振態進行測量，適用范圍更廣。
華中科技大學
2021-04-14
硅基上III-V的直接外延及器件集成
采用光互連技術可以有效的解決集成電路進一步發展的尺寸限制同時可以極大的提高芯片間信息傳輸的速度和頻率。Si基光子集成是實現集成電路光互聯的核心技術和重要研究方向。然而，Si因為其間接帶系的特性很難作為發光材料使得Si基光源的缺失成為制約Si基光子芯片的瓶頸，而傳統Ⅲ-Ⅴ族材料如GaAs，InP等由于優良的光電轉換效率已經在光電子器件領域得到廣泛的應用。因此，Si基與Ⅲ-Ⅴ的集成是實現Si基光子芯片的一種理想途徑。
南京大學
2021-04-14
一種基于硅基液晶的波長分辨監測方法
本發明公開了一種基于硅基液晶的波長分辨監測方法。基于硅 基液晶在同樣的偏置電壓下，對不同波長入射光有不同的相位調制的 特性，對在硅基液晶波長工作范圍內的光信號實現分析與監測，并能 在入射光波長未知的條件下，對該波長進行測量，并能隨著相位調制 精度的提高，提高波長的分辨精度。本發明元件少，系統結構簡單緊 湊，對光路的準直要求不高，無需苛刻光路的耦合與復雜操作就能進 行波長的分辨，并且有著與入射光偏振態無關的特性，在分辨
華中科技大學
2021-04-14
一種基于硅基液晶的波長選擇開關
一種基于硅基液晶的波長選擇開關，屬于光交換器件，解決現 有基于硅基液晶的波長選擇開關輸出端口數量受到限制的問題。本發 明由設置在光路上的輸入單模光纖、偏振轉換組件、反射鏡、傅里葉 透鏡、衍射光柵、硅基液晶相位空間光調制器、自聚焦準直透鏡陣列 和輸出二維單模光纖陣列構成。本發明對需要交換的光束利用硅基液 晶相位空間光調制器實現二維偏轉，使波長選擇開關輸出光纖陣列的 光束由一維向二維轉化，能夠大幅度增加波長選擇開關輸出端
華中科技大學
2021-04-14
一種基于硅基液晶的波長選擇開關
一種基于硅基液晶的波長選擇開關，屬于光交換器件，解決現 有基于硅基液晶的波長選擇開關輸出端口數量受到限制的問題。本發 明由設置在光路上的輸入單模光纖、偏振轉換組件、反射鏡、傅里葉 透鏡、衍射光柵、硅基液晶相位空間光調制器、自聚焦準直透鏡陣列 和輸出二維單模光纖陣列構成。本發明對需要交換的光束利用硅基液 晶相位空間光調制器實現二維偏轉，使波長選擇開關輸出光纖陣列的 光束由一維向二維轉化，能夠大幅度增加波長選擇開關輸出端
華中科技大學
2021-04-14
晶硅太陽電池生產虛擬仿真實訓
晶硅太陽電池生產仿真實訓讓學員以車間技術人員的身份參與整條晶硅太陽電池產線的生產工作。學員可以按標準生產流程操作車間生產設備、檢測生產樣品以及對電池生產進行工藝仿真，從而深刻了解整個太陽電池生產流程以及關鍵工藝參數。
一.1.1. 場景設計
場景由制絨車間、擴散車間、后清洗車間、PECVD鍍膜車間、絲網印刷車間和分選包裝車間六大場景組成。場景素材從多個真實工廠采集而來，高保真還原車間設備與生產流程
場景模型主要包括：潔凈車間、制絨機、自動上下料機、硅片、電子天平、分光光度計、電源柜、水冷機、空壓機、化學液柜、電腦，鍵盤、鼠標、擴散爐、石英舟、插片房、傳遞窗、純水箱、石英舟清洗槽、防毒面具、試驗臺、緩沖墊、防化服、源瓶、氣柜、硅槳、方阻測試儀，萬用表，石墨舟、PECVD鍍膜機、舟車、烘箱、全自動絲網印刷機、網版、刮刀、攪拌機、槳料、夾具、接觸電阻測試儀、燒結爐、IV分選儀、硅片盒、五格花藍等...
一.1.2. 互動設計
第一人稱視角控制主角場景漫游，學員可以在三維空間中自由活動和觀察場景中的物體。
拾取物體操作采用3D空間實際抓取的方式，沒有采用一般游戲中的背包欄方式，而當需要同時拾取多個物體時則提供3維工具用于裝放，采取這種方式會更加接近現實，使學員更真實的體驗實際工具的存放及使用的技巧。
各生產車間按照真實生產流程設計實訓生產任務，完成當前任務后才能進入下一個任務，每個任務記錄完成時間以及工藝仿真結果
縮略地圖實時顯示角色位置與任務點位置
第一人稱視角與特寫觀察視角無縫平滑撤換
機器與設置仿真控制，通過機器控制面板設置工藝參數，控制啟動生產，檢測生產結果
表單填寫與作業報告生成
使用儀器與設備檢測生產樣品
操作規程與關鍵知識點主動提示學習
原理動畫演示
廣東順德宙思信息科技有限公司
2025-06-02