锂离子电池阳极材质膨胀华宇登陆难攻克 美中研发团队各推出新方法

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【主管Q:17627115】 华宇华宇注册据外媒报道,由于硅的能量密度较高,因此其成为了一款极具吸引力的锂离子电池阳极材料。然而,在充电周期内,当电芯里的硅在与锂交互时,其膨胀收缩可达300%。而随着时间的推移,它会明显降低电池的性能、短路、并最终导致电池报废。为改进上述缺点并大体维持电池的能量密度,目前采用一氧化硅(SiOx,x≈1)来制作锂离子电池的阳极。

硅基氧化物阳极的应用

硅基氧化物的可逆比容量(reversiblespecificcapacity)较高,循环性能也有所提升。然而,该材质仍不可防止地出现体积改变,且导电性弱。目前已开展了大量的研究工作,旨在应对上述技术难题。如今,我国和美国的研究团队各自发表了研究结果,找到了两种新的改进方法。

美国团队的研究成果:非黏合性硅基氧化物/碳复合物

肯塔基大学(UniversityofKentucky)研究团队将硅基氧化物颗粒物与硫酸盐木质素(Kraftlignin)混合后,合成了一种高性能的非黏合性硅基氧化物/碳复合物(binder-freeSiOx/C),用于制作锂离子电池的电极。经热处理后,木质素形成一种导电体(conductivematrix),华宇登陆可容纳大量的硅基氧化物颗粒,确保电子导电率(electronicconductivity)、连接性、适应锂化/脱锂反应(lithiation/delithiation)期间的体积变动。该材质无需采用常规的粘合剂或导电剂。

该复合材质制作的电极的性能表现极为出色。相较于体积变化率相对较小的硅基氧化物电极(160%)而言,其机械电化学性能较为出色,木质素碳素矩阵(carbonmatrix)的弹性较大,可适应体积变动。

我国团队的研究的成果:微型SiOx/C芯壳(core–shell)复合物

我国研究团队则研发了一款高效的解决方法,制备微型SiOx/C芯壳(core–shell)复合物。该研究团队将柠檬酸(citricacid)与经球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化,随后就获得了一款质地均匀的SiOx/C芯壳复合物——SiOx微芯与柠檬酸碳壳(conformalcarbonshell)。

碳壳大幅提升了硅基氧化物的电导率,缓和了适应锂化/脱锂反应期间的体积变化。采用SiOx/C复合物制作的电极,其可逆比容量为1296.3mAh/g,库伦效率(coulombicefficiency)高达99.8%,华宇测速充放电200次后,容量保持率在65.1%(843.5mAh/g)。

据该研究团队透露,该复合物的放电效能极为出色,该方法可实现批量生产,具有成本效益,可大批量生产由SiOx/C复合物制作的高性能阳极材料

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