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中美研究人員合作研發新電極 使鋰離子電池陽極硅含量達到92%

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年04月28日  

據外媒報道,我國浙江農林大學(ZhejiangA&FUniversity)、華中科技大學(HUST)與斯坦福大學(StanfordUniversity)的一組研究人員為鋰離子電池研發了一種無粘結劑、靈活、獨立的電極,其中的硅含量達到了前所未有的92%。


(圖片來源:greencarcongress.com)


此種結構使鋰離子電池的電極比容量達到了超高的2700mAhg?1,具備良好的循環穩定性,300次循環后,比容量大于2000mAhg?1,硅含量仍高達85%。而且實際商業水平容量達5.58mAhcm?2。


為了滿足下一代移動電子設備和電動汽車等關鍵應用的需求,研發重量更輕、容量更大、使用壽命更長的鋰離子電池(LIB)被認為是重要的戰略。而在理論上,硅的比容量達3579mAhg?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,因而受到廣泛關注。


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


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


在該硅CNT(碳納米管)碳微漩渦(Si@CNT/C-microscroll)設計中,碳涂層硅納米顆粒被固定在導電碳納米管上,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,因而能夠讓高反應活性的硅得以均勻分散。


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