湖南大学材料学院丁元力

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丁元力，湖南大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2011年于浙江大学材料科学与工程学院获材料学工学博士学位，攻读博士学位之前就职于中国船舶重工集团公司第七一二研究所，主要从事军用动力电池研究工作。博士毕业后在新加坡国立大学、德国马普固体研究所及加拿大滑铁卢大学从事新能源材料及能源存储与转换的应用研究工作。主要研究领域为储能材料、锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、金属空气电池及电催化等。相关成果发表于Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nano Letters, ACS Nano, Nano Energy, Chemistry of Materials, Small等国际知名期刊，其中，四篇被选为封面论文，三篇ESI高被引论文，并在Electrochemical Energy Reviews综述期刊发表特邀综述。



丁元力
教授、博士生导师，湖南大学“岳麓学者”
热忱欢迎具有材料、化学背景的本科生、硕士、博士和博士后加入！
联系方式：ylding@hnu.edu.cn

主要研究方向：
1：纳米功能材料
2：锂（钠）离子电池、新型金属离子电池
3：金属-空气电池、电催化

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题  目：动力锂离子电池关键材料的过去、现在与未来
报告人：丁元力 教授/博导（湖南大学材料学院材料科学与技术系教师）
地  点：工程实验大楼240、244 多媒体报告厅
时  间：2019年4月16日周二下午2：30-4:00
主持人：刘继磊 教授
邀请人：湖南大学材料科学与工程学院
承办人：材料学院“天马材料研究论坛”日常工作小组


报告人简介：
丁元力，湖南大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2011年于浙江大学材料科学与工程学院获材料学工学博士学位，攻读博士学位之前就职于中国船舶重工集团公司第七一二研究所，主要从事军用动力电池研究工作。博士毕业后在新加坡国立大学、德国马普固体研究所及加拿大滑铁卢大学从事新能源材料及能源存储与转换的应用研究工作。主要研究领域为储能材料、锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、金属空气电池及电催化等。相关成果发表于Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nano Letters, ACS Nano, Nano Energy, Chemistry of Materials, Small等国际知名期刊，其中，四篇被选为封面论文，三篇ESI高被引论文，并在Electrochemical Energy Reviews综述期刊发表特邀综述。


报告摘要：
锂离子电池在便携式电子产品、汽车工业和规模化储能三大领域表现出巨大的应用潜力和市场，其中，锂离子电池已占据便携式电子产品领域全部市场且已趋于饱和，而在汽车运输和规模化储能领域，其正处于增长态势，尤其是电动汽车领域，正处于快速发展阶段，也是当前被认为取代燃油车的最为成熟的选择。本报告将定位电池关键材料的发展，从电动汽车市场、、电池成本、关键元素资源及电池安全等方面进行系统分析，就当前最成熟的动力锂离子电池化学进行评述主要包括磷酸铁锂、尖晶石锰酸锂、三元NCA和三元NMC正极材料，着重分析高镍三元正极材料（其能量密度在2020年有望达300 Wh/kg）。但传统锂离子电池技术的单体电池比能量即将逼近其理论上限（350~400 Wh/kg），而面对未来电动汽车的高里程（至少500公里，能量密度>500 Wh/kg）和高安全需求，开发高能量电极材料（如硅、锂金属负极等）或新型电池化学（如全固态电池等）已是大势所趋。

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丁元力教授课题组与加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授合作，在《Advanced Energy Materials》(2020, 10, 1903864，IF=24.884)发表题为“Ni-rich/Co-poor Layered Cathode for Automotive Li-ion Batteries: Promises and Challenges”的综述论文，系统介绍并评论了富镍贫钴层状材料作为动力锂离子电池正极材料的研究现状和最新研究进展。

A)富镍三元正极材料作为动力电池的五项关键指标（能量密度、功率密度、循环/储存寿命、成本与元素资源和安全）

B)三元正极材料的结构、组分相图、d电子轨道示意图和各氧化还原电对相对于氧离子2p带的位置示意图

        追求高能量密度和低电池成本是实现动力锂离子电池规模化应用的两大关键问题。高镍（Ni≥80%）低钴三元正极材料由于具有高容量（>200mAh/g）、高能量密度（300Wh/kg以上）和低成本等优点，极具发展潜力和应用前景。
        论文综述了富镍贫钴三元正极材料的本征电子结构和输运特性及其作为动力电池正极的应用；针对动力电池的5个关键评价指标，即能量密度、快充性能、循环/存储寿命、元素资源成本和电池安全等进行了深入分析。通过对三元正极材料的成本及关键元素供需等问题的全面估算，指出发展富镍贫钴三元材料不仅可提升能量密度而且可大幅降低电池成本，并能在短期内有效回避钴资源的短缺问题。
       博士研究生王新新为论文第一作者，丁元力教授为通讯作者，陈忠伟教授为共同通讯作者。
       此外，针对快充条件下电池负极材料的能量密度与功率密度难以协同的问题，丁元力教授与长安大学樊小勇教授合作开展了系列研究工作并取得初步进展，设计构建了基于锑纳米线的一体化快充负极。基于活性组分的一维设计及其活性材料-集流体一体化设计，不仅减轻锑基材料合金化过程中的结构应变，而且有效改善了电子/离子的输运动力学过程，尤其是高倍率下离子的“内、外扩散”限制，实现了优异的倍率性能。相关研究成果发表在《Advanced Energy Materials》（2019,9,1900673，IF=24.884）。
        为提高锑基负极的首次库伦效率以及界面稳定性，课题组通过在锑基负极表面均匀沉积氧化铟（厚度约5nm），有效保障了界面稳定性和SEI膜的稳定性，将首次库伦效率提升至85%。在高电流密度下（20A/g），锑基负极仍表现出较好的储钠性能（~350mAh/g）。相关成果发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》（2020,12,20344-20353，IF=8.456）。
       论文链接如下：
       https://doi.org/10.1002/aenm.201903864
       https://doi.org/10.1002/aenm.201900673
       https://doi.org/10.1021/acsami.9b23501