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瑞典研發新型硅陽極鋰電池 可創造低成本大規模的生產工藝

時間:2021-02-22 10:10來源:微鋰電 作者:綜合報道
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       使用石墨作為負極材料的背后,是當今鋰離子電池的許多限制。雖然是一種可靠的材料,但石墨的理論容量相對較低,以及在高電流密度下失去這種容量的傾向,是阻礙商用鋰離子電池容量和性能重大改進的兩個因素。
 
       硅是研究人員爭相關注的幾種新負極材料之一,它的理論容量約為石墨的十倍,當然有很大的潛力。然而,在電池循環過程中,硅容易膨脹繼而分崩離析,導致性能迅速下降。
 
       研究人員已經發現了各種解決方法,包括一開始就使用硅多孔,或者使用碳納米管的“支架”結構。然而,在這個研究的早期階段,很少有人關注所研究的工藝的成本或潛在的可擴展性。
 
       瑞典中部大學的科學家們希望解決這個問題,他們研究了一種硅陽極生產的新工藝,即利用“氣凝膠”工藝將納米大小的硅顆粒涂在石墨片上。利用這種工藝,他們生產出了一種陽極,在每克100毫安時的電流密度下,其比容量為455毫安時(mAh/g-1),庫侖效率為97%。關于這種陽極的工藝和特性的細節發表在《科學報告》中,論文為《高性能鋰離子電池的硅納米石墨氣凝膠基陽極》。
 
       該陽極依靠石墨作為添加劑來提高電導率并連接微小的硅納米顆粒。在第一個周期,陽極的容量達到1050 mAh/g-1,接近硅的理論極限。30次循環后,這一數值迅速下降到初始值的57%,100次循環后下降到52%。研究人員指出與原始硅、研磨硅或熱處理硅的結果相比,這是一個重大的進步。在第一個循環時,陽極的比能量被測得為787瓦時/公斤(Wh/kg),200次循環后下降到341.25Wh/kg。
 
       雖然其他方法在容量保持方面表現出更強的結果,但研究人員在此指出,這些方法往往依賴于復雜或昂貴的工藝,不適合大規模生產。研究人員表示:“硅納米顆粒通過氣凝膠制造路線從硅粉末和納米石墨使用聚乙烯醇(PVA)生長在納米石墨片上,方法簡單,成本效益高,可擴展,不需要昂貴的設備進行合成。在這項研究中,我們表明基于這種結構制備的電極顯示出高比容量和循環穩定性,因此是一種潛在的具有成本效益的硅基陽極方法。”
 
(責任編輯:子蕊)
文章標簽: 電池 硅陽極鋰電池
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