兼具一维无限原子链和功能性结构区的钒氧化合物导电体系的结构设计及其在水溶液锂离子电池应用

申请人以钒氧化合物导电材料体系（包括含锂和含氢体系）为主要研究对象，聚焦水溶液锂离子电池应用，以晶态钒氧化合物设计的晶体结构和物理性能为研究主线，深入开展从分子层次到结构单元层次下钒氧化合物的理论模拟与化合物设计、新化合物制备、结构性能表征的研究，揭示晶态钒氧化合物导体材料中结构与电学性能关系，并进一步发展结构功能区的钒氧化合物设计，实现在不同几何结构区域的化合物结构中协同调控互为制约的物理量，研制出高性能的电极材料，并应用于水溶液锂离子电池原型器件中。将充分发挥和强化申请人在固体化学、理论化学、固体物理和材料科学等交叉领域中的研究特色和优势，通过该项目的实施，将实现新型导电钒氧化合物材料体系的设计方法、可控制备、水溶液锂离子电池功能应用方面取得突破，研制出水溶液锂离子电池可用的新型高性能原型电极和原型器件。

本项目探索了新型钒氧化合物导体材料体系，拓新含一维无限钒原子链的已知钒氧化合物导体实现性能的深度调控, 揭示钒氧化合物导体的导电机制以及其受主掺杂机理，分析功能结构区域的微结构，完善材料的各种制备手段，进行钒氧化合物导体材料在电学甚至在水溶液锂离子电池的应用研究。在新型钒氧化合物导体材料探索方面，设计独特的“一维无限钒原子链”和“功能性结构区”的结构单元，发现和合成出新型钒氧化合物导体，并进行结构、电学性质和水溶液锂离子电池的表征。设计并制备出新的具有优异性能的含锂钒氧化合物体系导体材料，对已知的钒氧化合物导体材料进行改性拓展，并深入研究其掺杂机理以提高其电学性能和水溶液锂离子电池性能。从结构化学和材料化学的角度进行研究，总结一些结构设计规则，揭示其中结构(钒原子链、层状结构和隧道结构)与性能(导电和水溶液锂离子电池)关系。通过实验和理论计算，总结出钒氧化合物导体微结构调控和宏观性能之间的关系，对掺杂材料体系得到实用的掺杂规则，阐明载流子传输机制，通过微结构的合理设计实现对电学性能的控制，进而提高水溶液锂离子电池的综合性能。项目圆满完成了预期目标。