中美合作開發新型電極 使鋰離子電池陽極矽含量達92%

據瞭解,中國浙江農林大學、華中科技大學與斯坦福大學的一組研究者為鋰電池開發了一種新型電極,其無粘結劑、靈活且獨立,更值得一說的是該電極矽含量可達92%。這讓鋰離子電池的電極比容量能超過2700mAh/g,具備良好的迴圈穩定性,300次迴圈後,比容量大於還2000mAh/g,矽含量仍高達85%。

為了滿足下一代移動電子設備和新能源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被認為是重要的戰略。從理論上來說,矽的比容量因達3579mAh/g,有望成為下一代鋰離子電池的陽極材料,而受到廣泛關注。

鋰電池圖片

然而,由於鋰離子電池在迴圈時矽的體積變化較大(>300%),且導電性較差的原因,限制了電極的穩定性和動力學過程。因此為了保持電極的穩定性,生產者不得不在商用鋰離子電池陽極中減少矽(品質<15%)的使用,進而也削弱了矽電極容量的優勢。

在本次研究中,中美研究人員研發了一種基於纖維素的拓補微漩渦結構,使電極中的矽含量達到了92%,這是前所未有的記錄,而且整個電極都無需粘結劑。另外,研究者還採用了該電極作為靈活、無粘結劑且獨立的陽極,用於鋰離子電池中。

在該矽CNT(碳納米管)碳微漩渦( Si@CNT/C-microscroll)設計中,碳塗層矽納米顆粒被固定在導電碳納米管上,隨後被放置在纖維素碳輥中,碳輥中有足夠的空隙讓矽體積膨脹,因而能夠讓高反應活性的矽得以均勻分散。

 

 

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