硅纳米技术有望成新一代电池代表性技术


来源:纳米人

[导读]  现有的锂电池负极技术已经接近极限,Si负极由于超高的比容量和丰富的储量,能够满足新一代的能源需求,有望成为最具代表性的新技术之一。

中国粉体网讯  现有的锂电池负极技术已经接近极限,为了满足新一代的能源需求,开发新型的锂电负极技术迫在眉睫。Si负极由于超高的比容量和丰富的储量,成为最具代表性的新技术之一。


和传统的石墨负极相比,Si负极技术在产业化道路上遇到的一个重大障碍在于:含胶量较少导致电极混炼效果不理想。


图1. SGC复合负极材料结构及其优势

图2. SGC复合负极材料制备示意图


有鉴于此,Ko等人综合石墨负极技术和Si纳米技术,开发了一种全新的、可大规模生产的C-纳米Si-石墨复合负极材料。锂化过程中,Si纳米壳层可以随着体积变化而膨胀,不论是石墨内部的空心纳米Si壳层,还是石墨和碳之间的纳米Si中间层,均可以保持形状完好,不会破裂或者残留于Si和石墨之间。


这种特殊的结构构筑一方面确保了Si和天然石墨之间的兼容性,另一方面有效避免了传统机械混合中石墨粉和残留的Si颗粒引发的严峻的副反应。


按照工业算法,在电极密度为1.6 g cm-3,面积容量>3.3 mAh cm-2,含胶量<4%的条件下,这种复合负极第一次循环库伦效率为92%,循环6次之后库伦效率便快速提高到99.5%,100次循环之后,容量保持率高达96%。


进一步,研究人员以LiCoO2作为正极材料组成全电池,发现其能量密度高达1043 Wh l-1,优于现有标准的商业化石墨负极。


图3. 各种电极的电化学性能表征

图4. 石墨负极和SGC复合负极全电池性能对比

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