我国是一个能源消耗大户，能源利用率还不高，平均不到30%，而在一些工业较发达的国家已达40%以上，有的已超过50%。我国每年生产的用于工业炉的烟气和化工系统反应等废热回收设备回收的废热约为60万千瓦，其中三分之一的废热回收后是用于生产的，三分之二是用于废热锅炉产生蒸汽的。通常的废热回收都是采用废热锅炉利用废热生产蒸汽或热水。由废热锅炉生产的蒸汽或热水在冬季用于取暖和生活用水，但在夏季蒸汽和热水就用不完了。
低能耗/低成本/高性能锂离子电池材料的研究与设计
●项目简介：
环境污染和能源危机已经成为阻碍当今社会发展的两大问题。为了实现经济和社会的可持续发展，迫切需要改变目前对化石能源的过度依赖的现状。太阳能、风能和海浪能等代表了可利用的新一代能源，但是这些能源在时间和空间上都存在区域性和间歇性的特点，因此亟需能量储能介质。与其他电池相比，锂离子电池具有无记忆效应、对环境污染小、电压高、比能量高、自放电率低、充电速度快、充放电寿命长等优点。如今，锂离子电池已广泛应用于电子器件、便携式小电器以及航空航天和军事领域中。
锂离子电池正在逐步走向电动汽车领域及大容量的储能电源利用，对传统锂离子电池的材料及技术进行改进、优化是当今的研究热点。我们基于传统固相法制备研究不同焙烧气氛对产物的影响，同时设计开发了纤维素辅助燃烧法、滤纸模板法和静电纺丝技术制备一系列纳米电极材料。
固相法是工业中比较成熟制备大规模产品的方法，但是由于通常需要较高的焙烧温度使反应进行，这导致传统的固相法合成的粉体颗粒粒径较大，并且成相组分不均匀。针对以上技术缺陷，我们在固相法的基础上进行改进，首先引入高能球磨利用球磨过程中提供的机械能令反应物均匀地混合，并同时在室温下引发相反应，因此可以有效的降低反应温度。该技术已用于正极材料LiFePO4和负极材料Li4Ti5O12的制备，有效抑制了晶体的生长。同时，在引入高能球磨的基础上，我们对焙烧过程中的气氛进行了控制，发现相较于空气和氮气，还原性的H2/Ar气氛对Li4Ti5O12的成相更有力，能在较低的温度下成相，并将部分Ti4+还原为Ti3+；NH3气氛同样可以降低焙烧过程中晶体成相温度，并对材料进行氮掺杂。两种气氛都能在抑制晶粒生长的同时提高材料的导电性，最终获得性能优异的电化学材料。
实验室利用天然棉花孔道为微反应器，采用纤维素辅助燃烧法制备了纳米结构的电极材料，如Li4Ti5O12，LiFePO4，LiMn2O4等。其中，通过这种方法制备得到的Li4Ti5O12比容量高达170~175mAhg-1，接近材料的理论比容量（175mAhg-1）。在制备Li4Ti5O12的过程中，我们分别采用低成本的商业化锐钛矿和金红石TiO2代替成本较高的钛酸四丁酯为原料，通过技术改进和优化，制备合成了纳米尺寸的Li4Ti5O12。
随着科技的发展，人们已经不满足于传统的电池及电子设备，可弯曲、可折叠的柔性电子设备的研发受到广泛关注。而传统的电极材料如TiO2，Li4Ti5O12等，其本身是不可弯曲的，这使得它们很难制成柔性的薄膜。我们利用模板法和静电纺丝技术制备了一系列柔性的自支撑电极材料。模板法是一种常见的用于制备特殊形貌的纳米材料的方法，但常见的模板都存在价格高昂、批次产量少不利于生产放大等缺点。我们采用价格低廉的滤纸为模板，通过简单的水煮将活性材料和滤纸纤维相复合。该方法工艺简单、成本低廉且易于工业生产的放大，滤纸碳化后的碳纤维网络有效提供了电子导电路径，提高了材料导电性。同时，作为自支撑材料，在无需添加粘结剂和导电剂的情况下可直接用作电极材料装配电池。我们利用该方法分别制备了自支撑的锐钛矿TiO2，尖晶石Li4Ti5O12以及高性能的原位复合碳纸多孔MgO-CaO-SnOx纳米方块结构的电极材料。静电纺丝技术是利用高分子流体雾化成微小射流在静电场中沿设定方向运动并发生固化，最终在集流器上聚集成膜的技术。我们利用该技术成功制备了柔性的可弯曲的碳薄膜电池，TiO2薄膜电池以及高比容量的VOx薄膜电池。
●应用前景：
1. 政策扶持
我国是全球第二大CO2 排放国，原油对外依存度高达48%，原油消费中60%是交通用油，中国必须降低对进口原油的依赖，减少碳排放。推广使用新能源汽车，是我国经济转型的战略选择，是中国必须要走的发展路径，中国必将加大投入来扶持动力电池行业及其相关部件、正负极材料的发展。据了解，由科技部牵头联合国家相关部委连续三年，每年在十个不同城市分别投放1000辆混合动力汽车作为示范应用，以此来带动锂电池的发展及相关零部件和整车技术的提高。
2. 高性能电极材料是动力电池的重要组成部分
动力电池是新能源汽车产业链中技术最核心，利润最丰厚的一环。而电极材料则是动力电池的重要组成部分，其性能很大程度上会影响整体电池的性能。对于优质电极材料的需求正是行业发展的最佳动力。而好的电极材料必将能够得到市场的认可，从而迅速占领市场。
3. 锂电池产业链的不断发展
随着锂电池技术的进一步成熟及成本的下降，加之全国充电站网络的逐步建立，以锂电池为主要动力的混合动力汽车乃至纯电动汽车将迎来广阔的发展前景。在整个行业的发展中，各个产业有着互相推动的作用，相关产业必然会为负极材料的发展注入额外的推动力。
●项目成熟度：
可选：在研、小试、中试、产业化、其他：小试
●投资及效益分析：
目前处于小试阶段，同时已购置中试生产线，正调试投入生产。锂离子电池代表了当今优异的储能体系，其研究和开发受到了国内外的广泛关注。我们在材料的低成本化中做出了相应的努力，同时对高性能锂电材料的开发取得了一定进展。由于属于高科技产业，产品技术含量高，经济附加值大，市场前景十分广阔，随着市场的不断打开，销售量的不断上涨，使企业的盈利能力有了保证；相对的可持续发展能力较强，发展潜力十分巨大。
●合作方式：
可选：合作开发、受托开发、技术转让、专利（实施）许可或其他： 合作开发、受托开发、技术转让
●知识产权及项目获奖情况：