瑞典研发新型硅阳极锂电池可创造低成本大规模的生产工艺

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瑞典研发新型硅阳极锂电池可创造低成本大规模的生产工艺

时间:2021-02-22 10:10来源:微锂电作者:综合报道

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使用石墨作为负极材料的背后，是当今锂离子电池的许多限制。虽然是一种可靠的材料，但石墨的理论容量相对较低，以及在高电流密度下失去这种容量的倾向，是阻碍商用锂离子电池容量和性能重大改进的两个因素。

硅是研究人员争相关注的几种新负极材料之一，它的理论容量约为石墨的十倍，当然有很大的潜力。然而，在电池循环过程中，硅容易膨胀继而分崩离析，导致性能迅速下降。

研究人员已经发现了各种解决方法，包括一开始就使用硅多孔，或者使用碳纳米管的“支架”结构。然而，在这个研究的早期阶段，很少有人关注所研究的工艺的成本或潜在的可扩展性。

瑞典中部大学的科学家们希望解决这个问题，他们研究了一种硅阳极生产的新工艺，即利用“气凝胶”工艺将纳米大小的硅颗粒涂在石墨片上。利用这种工艺，他们生产出了一种阳极，在每克100毫安时的电流密度下，其比容量为455毫安时（mAh/g-1），库仑效率为97%。关于这种阳极的工艺和特性的细节发表在《科学报告》中，论文为《高性能锂离子电池的硅纳米石墨气凝胶基阳极》。

该阳极依靠石墨作为添加剂来提高电导率并连接微小的硅纳米颗粒。在第一个周期，阳极的容量达到1050 mAh/g-1，接近硅的理论极限。30次循环后，这一数值迅速下降到初始值的57%，100次循环后下降到52%。研究人员指出与原始硅、研磨硅或热处理硅的结果相比，这是一个重大的进步。在第一个循环时，阳极的比能量被测得为787瓦时/公斤(Wh/kg)，200次循环后下降到341.25Wh/kg。

虽然其他方法在容量保持方面表现出更强的结果，但研究人员在此指出，这些方法往往依赖于复杂或昂贵的工艺，不适合大规模生产。研究人员表示：“硅纳米颗粒通过气凝胶制造路线从硅粉末和纳米石墨使用聚乙烯醇(PVA)生长在纳米石墨片上，方法简单，成本效益高，可扩展，不需要昂贵的设备进行合成。在这项研究中，我们表明基于这种结构制备的电极显示出高比容量和循环稳定性，因此是一种潜在的具有成本效益的硅基阳极方法。”

(责任编辑：子蕊)

文章标签：电池硅阳极锂电池

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