庄全超,男,1973年3月生于安徽省蒙城县,教授(预聘)、博导,江苏省煤系功能材料绿色减碳及资源化利用工程研究中心副主任。中国民主促进会会员,兼任民进徐州市委委员、民进矿大委员会副主委、徐州市十六届政协委员、泉山区九届政协常委。
主要从事锂离子电池、全固态锂电池和特种化学电源电极界面反应机制的电化学阻抗谱研究及其工程化应用-快充技术、失效分析、超厚电极、电池梯次利用、在线监测技术(电池管理系统),锂离子电池功能电解液添加剂(作用机制与配方)研究和开发,六氟磷酸锂与锂离子电池电解液的产业化技术研究以及无机氟化物合成与应用等研究工作。
先后主持“十四五”装备预先研究项目子课题2项(合作单位项目负责人)、NSAF联合基金重点支持项目子课题1项、NSAF联合基金培育项目1项以及企业委托项目(华为、宁德时代等公司委托)等共计20余项。曾作为主要技术骨干,参与设计、建设了国内第一条锂离子电池电解液生产线。主持开发了高品质、低成本六氟磷酸锂产业化生产技术,已转让江苏九九久科技股份有限公司,迄今,已实现利税超10亿元人民币。主持开发开发了高品质、低成本锂离子电池电解液产业化生产技术,已转让江苏吉兆新能源科技有限公司。
2007.09到中国矿业大学工作后,牵头创建了锂离子电池实验室(课题组),组建了锂离子电池研究团队。已指导毕业硕士研究生40余名,合作培养博士研究生10余名。迄今,参编英文专著和教材各一部,获授权发明专利20余项,曾获2018年度中国产学研合作军民融合奖、军队科技进步二等奖、国防科学技术进步四等奖、南通市科技进步二等奖各1项,已在国内外重要期刊上发表论文200余篇,其中SCI收录180余篇。
科研工作经历:
2014.09-2015.09,西安大略大学(加拿大),机械与材料系,访问学者,合作导师:孙学良教授(中国工程院外籍院士)
2009.05-2013.04,中国矿业大学机械工程博士后流动站,博士后出站,合作导师:方亮教授2007.09至今,中国矿业大学,材料科学与工程学院、材料与物理学院,副教授、教授
1997.07-2007.09,解放军第21试验训练基地研究所,第七、九研究室,研究实习员、助理研究员(期间于2005.12晋升专业技术中校军衔,2006.12月晋升专业技术九级(技术副团职))
教育背景:
2003.09–2007.06, 厦门大学化学系, 物理化学, 博士, 导师:孙世刚教授(中科院院士)
1995.08–1997.07, 西北核技术研究所第七研究室, 放射化学, 硕士, 导师:陆兆达研究员(副博士、少将军衔)
1994.08–1995.07复旦大学化学系,无机化学,研究生学员(攻读硕士研究生基础课)
1990.09–1994.07, 阜阳师范学院化学系, 化学教育, 学士
主持的主要在研项目:
(1)“十四五”装备预研共用技术项目子课题,50921060101-3,轻质微型电池技术,60万元,2021.01-2024.12。
(2)“十四五”装备预研共用技术项目子课题,50921030307-3,XXX,55万元,2021.01-2024.12。
(3)NSAF联合基金重点支持项目子课题,U203020032,氟化碳基锂一次电池的电极/电解液界面重构及离子输运特性研究,2021.01-2024.12,90万元。
(4)宁德时代新能源科技股份有限公司委托项目,2022370027(合同编号),锂离子电池动态阻抗谱分析(在线监测技术)相关应用基础研究和工程化实践,2022.06-2025.06,60万元。
(5)江苏吉兆新能源科技有限公司委托项目,2020370007(合同编号),年产5万吨高品质、低成本锂离子电池电解液产业化技术转让,2020.12-2030.12,105万元。
代表性论著:
[1]Quan-ChaoZhuang, Xiang-yun Qiu, Shou-Dong Xu, YIng-huai Qiang andShi-Gang Sun. Chapter 8: Diagnosis of Electrochemical Impedance Spectroscopy in Lithium-Ion Batteries, In Lithium Ion Batteries -New Development, InTech, 2012, ISBN: 978-653-307-900-4.
[2] Zhuang Quan-Chao, Wei Tao, Du Li-Li, Cui Yong-Li, Fang Liang, Sun Shi-Gang. An Electrochemical Impedance Spectroscopic Study of the Electronic and Ionic Transport Properties of Spinet LiMn2O4,The Journal of Physical Chemistry C, 2010, 114(18):8614~8621. (SCI被引次数:271)
[3]Qiu Xiang-Yun,Zhuang Quan-Chao, Zhang Qian-Qian, Cao Ru, Ying Peng-Zhan, Qiang Ying-Huai, Sun Shi-Gang.Electrochemical and electronic properties of LiCoO2 cathode investigated by galvanostatic cycling and EIS, Physical Chemistry Chemical Physics, 2011, 14(8):2617~2630.(SCI被引次数:150)
[4] 庄全超,徐守冬,邱祥云,崔永丽,方亮,孙世刚. 锂离子电池的电化学阻抗谱分析.化学进展,2010,22(6):1044~1057.(SCI被引次数:149)
[5]庄全超,杨梓,张磊,崔艳华. 锂离子电池的电化学阻抗谱分析研究进展.化学进展,2020,32(6): 761~ 791.
主要学术成就:
(1)锂离子电池电解液方面的工作
开发了高品质、低成本六氟磷酸锂产业化生产技术,2010年转让江苏九九久科技股份有限公司(2017年变更为江苏必康制药股份有限公司全资子公司),2016年该项目实现净利润近4亿元人民币;在系统研究了电解液中杂质如甲醇、LiCl、LiF等对电池性能影响的作用机制及其脱出方法的基础上[高等学校化学学报 26, 2073 (2005);化学学报 74, 833 (2016)],开发了在不增加成本的条件下将电解液水和酸的含量稳定控制在5 ppm以下的锂离子电池电解液产业化生产技术,2017年转让安徽兆达新能源科技有限公司;提出抗氧化添加剂如特丁基对苯二酚、茶多酚等用作锂离子电池电解液反应型添加剂[RSC Adv. 6, 42885 (2016); Ionics 24, 1919 (2018)];系统地研究了锂离子电池电解液功能添加剂碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸亚乙烯酯、硫酸酯和亚硫酸酯等的作用机制与配方,发现硫酸乙烯酯与甲烷二磺酸亚甲酯联合应用能够有效改善三元正极材料的循环性能(常温下100周循环几乎不发生衰减)[J. Power Sources 222, 177 (2013); J. Inorg. Organomet. Polym. 28, 731 (2018)]。
(2)电极界面反应机制及其工程化应用方面的工作
发展了涵盖活性材料颗粒粒度分布、电极厚度非均匀性和多层结构等因素的多孔电极阻抗模型[J. Phys. Chem. C 115, 9210 (2011)]和提出了综合考虑了电子、离子输运机制和电荷传递过程的嵌锂过程物理机制的模型[J. Phys. Chem. C 114, 8614 (2010)];从理论上系统地推导了与锂离子嵌脱过程相关的动力学参数,如电荷传递电阻、活性材料的电子电阻以及锂离子扩散迁移通过固体电解质相界面膜(SEI 膜) 的电阻等,对电极极化电位和温度的依赖关系,相关研究结果应邀于在《化学进展》上两次撰写主题为锂离子电池的电化学阻抗谱分析的综述性文章[化学进展,22, 1044 (2010); 化学进展,32(6):761~791(2020) ]和图书专章(Chapter 8: Diagnosis of Electrochemical Impedance Spectroscopy in Lithium-Ion Batteries, In Lithium Ion Batteries -New Development, InTech,2012, ISBN: 978-653-307-900-4)。藉此,系统解析了尖晶石LiMn2O4、LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiFePO4、尖晶石Li4Ti5O12等电极材料的阻抗谱特征,指出电子输运过程对实现电极材料高功率密度和高能量密度具有关键作用[Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 2617 (2012)];对于导电性较差的电极材料(如尖晶石Li4Ti5O12、二元3d过渡金属氧化物和过渡金属氟化物材料等),电子通过活性材料与导电炭黑之间异质结界面的跃迁是锂离子电池中电子输运过程的速控步骤,活性材料与导电炭黑之间异质结界面具有肖特基接触的性质,阐明了锂离子电池中与电子输运相关的基本物理化学过程-接触阻抗和感抗产生的机制;相关研究成果被用于指导宁德时代和东莞新能源(CATL&ATL)锂离子电池产品功率、寿命性能的改善和电池梯次利用以及华为手机锂电池管理系统研发,开发了新的智能充电程序,电池服役寿命提高50%以上。