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6.负极材料行突破新突破!加拿大科学家制备出低膨胀层状无定形Si负极材料
加拿大达尔豪斯大学的Leyi Zhao等人利用锂硅合金脱锂工艺合成了一种具有层状结构的无定形Si负极材料,在循环过程中该材料嵌锂和脱锂过程中材料的体积膨胀要明显小于普通的Si负极材料,因此材料的循环性能也得到了显著的提升。

Leyi Zhao等利用硅化锂在酒精中脱锂合成了具有层状结构的无定形Si负极材料。合成过程如下,首先在Ar气流保护下,利用电弧融化Si和Li,形成锂硅合金,冷却后研磨成为粉末,取1g加入三颈瓶,利用Ar气流保护,并采用磁力搅拌,最后加入酒精或者异丙醇,并进行持续搅拌需要注意的是当使用异丙醇作为反应剂时,反应较慢,需要采用油浴加热,而采用酒精则反应迅速,不需要采用加热措施。反应后的Si负极材料经过去离子水和HCl洗涤后,在120℃下干燥后就可以获得最终产品。对与材料结构研究发现,化学配比为Li12Si7,Li7Si3和Li13Si4的锂硅合金经过脱锂形成了层状结构的产物,而化学配比为Li22Si5的材料则没有形成层状结构的产物。
无定形Si材料的循环性能要明显好于晶体硅材料,特别是当无定形硅材料具有层状结构时,层状结构之间的空间,吸收了硅材料在嵌锂时的体积膨胀,减少了材料颗粒的膨胀,提升了循环性能,但是这也造成了材料的振实密度较低,使得使用该材料的电池体积能量密度较低。
7.石墨负极的新发现——中国科学家制备出中空碳微球高性能负极材料
北京理工大学的Xinyang Yue等人基于介孔碳技术开发了一种微孔-介孔中空碳微球锂离子电池负极材料,该材料的比表面积高达396m2/g,该材料不仅具有高容量特性,并且具有良好的循环性能和倍率性能。

研究中Xinyang Yue利用370nm硅微球作为模板,多巴胺作为碳源,PEO-PPO-PEO(P123)作为孔形成介质,在400℃下Ar保护焙烧3h,然后800℃下焙烧3h,最后利用20%的HF在中空碳微球的表面腐蚀出微孔,并除去材料中的硅模板。最后经过清洗和真空干燥后,就获得了微孔-介孔中空碳微球材料。该材料具有良好的倍率性能,非常适合应用在高功率锂离子电池上。目前该材料最大的问题是制备成本过高,振实密度偏低,难以商业化应用,而材料的首次不可逆容量过高的问题,可以通过负极补锂等技术进行解决。目前该方法还仅仅停留在实验室水平,还需要进一步研究,降低成本,提高材料的性能
8.锂硫电池新突破——三维碳纳米管电极结构大大提高S含量
中科大的Song Jin等人利用微米级长度的碳纳米管研制了一种超厚三维石墨泡沫集流体结构(CNT-UGF),由于使用CNT-UGF的硫电极不需要使用粘结剂和导电剂,以及集流体,因此可以将S的含量提高到43%(2.4mg/cm2的涂布密度)。同时该中电极结构能够很好的抑制电极的衰降,经测试在0.5C的倍率下,循环400次后,容量衰降率仅为0.063%/次。

Song Jin首先利用气相沉积法合成了具有三维多孔结构的CNT-UGF框架结构,S正极制备是通过熔化-吸收的方式,首先将S熔化,再利用CNT-UGF将熔化的硫吸收和储存。这种方法目前成本还很高,但是利用该方法制备的电极具有很强的通用性,例如可以制成软包方形电池,当然这还需要再电解液量、密封和极耳焊接工艺做出相应的调整。
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