【原创】硅基负极膨胀问题难攻克,中美研究团队各出新方案!


来源:中国粉体网   秋林

[导读]  硅的能量密度较高,是一款极具吸引力的负极材料。但在充放电过程中,硅电极会发生循环性能下降和容量衰减,对此,中美两方对该问题都展开了技术研究,从而找到了两种技术改进方方法。

中国粉体网讯  据相关媒体报道,硅的能量密度较高,是一款极具吸引力的负极材料。作为锂离子电池理想的负极材料,硅具有如下优点:

硅可与锂形成Li4.4Si合金,理论储锂比容量高达4200mAh/g(超过石墨比容量的10倍);                              

硅的嵌锂电位(0.5V)略高于石墨,在充电时难以形成“锂枝晶”;

硅与电解液反应活性低,不会发生有机溶剂的共嵌入现象。


但是,硅电极在充放电过程中会发生循环性能下降和容量衰减,硅与锂交互时,体积膨胀高达320%,巨大的体积变化易导致活性物质从集流体中脱落,从而降低与集流体间的电接触,造成电极循环性能迅速下降。为改进上述缺点并能够大体维持电池的能量密度,目前采用硅基氧化物来制作锂离子电池的负极。


对于硅基氧化物负极出现体积改变且导电性弱的技术难题,中美两方对该问题都展开了技术研究,从而找到了两种技术改进方方法。


美:非黏合性硅基氧化物/碳复合物


肯塔基大学研究团队将硅基氧化物颗粒物与硫酸盐木质素混合后,合成了一种高性能的非黏合性硅基氧化物/碳复合物,用于制作锂离子电池的电极。这种材质最大的特点是不用采用常规的粘合剂或导电剂。在电化学性能等方面表现的都极为出色。


中国:微型SiOx/C芯壳(core–shell)复合物


中国研究团队则通过制备微型SiOx/C芯壳复合物来解决膨胀问题。将柠檬酸与经球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化,随后制得质地均匀的SiOx/C芯壳复合物——SiOx微芯与柠檬酸碳壳。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。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。可用于高性能SiOx/C复合物阳极材料的大批量生产。


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