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中美研究人員合作研發(fā)新電極 使鋰離子電池陽極硅含量達(dá)到92%

2020-01-19 13:43  來源:蓋世汽車  瀏覽:  

據(jù)外媒報道,中國浙江農(nóng)林大學(xué)(Zhejiang A&F University)、華中科技大學(xué)(HUST)與斯坦福大學(xué)(Stanford University)的一組研究人員為鋰電池研發(fā)了一種無粘結(jié)劑、靈活、獨立的電極,其中的硅含量達(dá)到了前所未有的92%。

此種結(jié)構(gòu)使鋰離子電池的電極比容量達(dá)到了超高的2700 mAh g?1,具備良好的循環(huán)穩(wěn)定性, 300次循環(huán)后,比容量大于2000 mAh g?1,硅含量仍高達(dá)85%。而且實際商業(yè)水平容量達(dá)5.58 mAh cm?2。

為了滿足下一代移動電子設(shè)備和電動汽車等關(guān)鍵應(yīng)用的需求,研發(fā)重量更輕、容量更大、使用壽命更長的鋰離子電池(LIB)被認(rèn)為是重要的戰(zhàn)略。而在理論上,硅的比容量達(dá)3579 mAh g?1 (Li15Si4),是非常有前景的陽極材料,可用于下一代鋰離子電池中,因而受到廣泛關(guān)注。

不過,由于在運行時硅的體積變化較大(>300%),而且導(dǎo)電性差,極大地限制了電極的穩(wěn)定性和動力學(xué)過程。事實上,為了保持電極的穩(wěn)定性,電池行業(yè)不得不在商用電池陽極中使用相對較少的硅(質(zhì)量<15%)。硅含量如此之低,嚴(yán)重削弱了硅材料用于電極時的容量優(yōu)勢。

在此次研究中,研究人員研發(fā)了一種基于纖維素的拓補微漩渦結(jié)構(gòu),使電極中的硅含量達(dá)到了92%,這是前所未有的記錄,而且整個電極都無需粘結(jié)劑,研究人員還研究了該電極作為靈活、無粘結(jié)劑且獨立的陽極,用于鋰離子電池中。

在該硅CNT(碳納米管)碳微漩渦(Si@CNT/C-microscroll)設(shè)計中,碳涂層硅納米顆粒被固定在導(dǎo)電碳納米管上,隨后被放置在纖維素碳輥中,碳輥中有足夠的空隙讓硅體積膨脹,因而能夠讓高反應(yīng)活性的硅得以均勻分散。

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