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浙江大学研发新型高性能3D多孔硅负极材料
2022-04-09 00:03
本文摘要:石墨替代金属锂作为负极,使得在锂离子电池的内部Li元素仍然以金属锂的形式不存在,这在相当大的程度上防止了电池过程中Li枝晶的经常出现,很大的提升了锂离子电池的安全性,可以说道石墨负极的经常出现确实让锂离子电池构建商业化的应用于。

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石墨替代金属锂作为负极,使得在锂离子电池的内部Li元素仍然以金属锂的形式不存在,这在相当大的程度上防止了电池过程中Li枝晶的经常出现,很大的提升了锂离子电池的安全性,可以说道石墨负极的经常出现确实让锂离子电池构建商业化的应用于。但是随着电子技术的较慢发展,以及电动汽车的很快普及,市场对高比能锂离子电池的市场需求更加反感,而传统的石墨材料理论比容量仅有为372mAh/g,相比之下无法符合高比能锂离子电池的市场需求,在极大的市场需求的性刺激下,各种新型的负极材料争相开始经常出现,例如硅基负极材料、锡基负极材料、氮掺入多孔石墨材料和过渡性金属硫化物负极(例如MoS2)等,在这众多的新型负极材料中,目前技术更为成熟期的为硅基负极材料,目前早已构建小规模的商业化应用于。  比起于石墨材料,Si基负极材料的理论比容量平均4200mAh/g,金字锂后电势1V,十分合适作为锂离子电池的负极材料,但是硅负极也不存在着可怕缺失收缩。

体积收缩是任何锂离子电极材料在干锂和金字锂过程中都要面临的问题,但是对于Si负极这一问题最为相当严重,在几乎嵌锂的状态下,Si负极的收缩平均300%,这不仅不会导致Si负极颗粒碎裂,更加不会毁坏负极极片的结构,引发负极粉化开裂,导致电池容量的不可逆损失。为了解决问题上述问题,人们通过Si负极纳米简化和Si/碳填充的方式展开提高Si负极的收缩问题,纳米简化的颗粒可以增大体积收缩,而通过与碳填充,可以利用碳吸取Si负极的体积收缩,从而提高Si负极的循环性能。  石墨填充不会影响Si在电极中所占到的比例,从而影响比容量,因此人们尝试生产各种具备独有构型的Si电极材料,例如具备蜂巢状结构、薄膜结构的硅负极,在电池过程中,这些结构的特点需要很好的吸取Si负极所产生的收缩。

  近日,浙江大大学的HaoWu利用镁热反应的方法制备了具备3D结构的大孔硅负极材料,在电池充放电过程中,这种相互连接的孔结构需要很好的吸取Si负极的收缩,从而大幅提高了Si负极的循环性能,在循环800次后依然具备1058mAh/g的容量,容量维持率为91%,循环过程中的库伦效率超过99.4%。HaoWu还通过掌控反应条件,用某种程度的前驱体和某种程度的方法制备0D的中空Si纳米球。

  制取过程如下,首先将直径在200nm左右的SiO2颗粒与Mg粉展开混合,然后放进管式炉中,在Ar气的维护下,700℃提纯5h,取得产物在盐酸中加热6小时,清理没反应的MgO。


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