美国斯坦福大学开辟类“石榴”布局的锂离子电

发布时间:2019-07-09 点击率:

  美国斯坦福大学开辟类“石榴"布局的 锂离子电池 ■贾旭平 。卜旦二型业■ 锂离子电池。据悉。研发的灵感源自 个问题。受石榴布局的, 科研人员将单个硅纳米颗粒 用导电碳层封拆,如许就能 为嵌锂和脱锂过程中硅的体 积膨缩和收缩留下脚够的空 间。然后整个夹杂纳米颗粒 再用较厚的碳层封拆正在微米 大小的袋中。做为电解质屏 障。如许就构成一个导电良 好的无硅布局体。这种 具有石榴气概的新型几何结 构体带来了令人振奋的充电 :} 一种生果——石榴。 硅是能量存储器件中一种有吸 引力的负极材料,它的理论容量是目 前最先辈的碳质对等材料的10倍。 硅负极既可用正在保守锂离子电池中? 也可用正在新近的Li-Oz和Li-S电池 中,可替代易构成枝晶的锂金属负 极。硅做为电池负极面对的次要挑和 有--d":(1)轮回期间因硅的体积发生 庞大膨缩(-300%)形成布局上的衰 薹翟篓戮蒌蓑窑㈣暑 降和固体电解质界面膜的不不变;(2) 尺寸缩减至纳米级别时,体积比容量 较低。虽然纳米布局能成功耽误硅的 寿命。可是纳米布局的硅电极也弓I.X 了一些新的问题。包罗比概况积较 高,振实密度低,和因粒间电阻较高 形成电机能较差。比概况积高会提拔 硅取电解质的副反映。同时降低库仑 效率。振实密度较低会导致体积比容 量低和拆载质量较高时电极较厚。这 使得维持轮回期间的电子和离子通 道变得很是坚苦。最初,纳米粒子之 间的电接触会正在轮回期间因硅体积 膨缩容易发生变化。会严沉降低电极 (1 270 蜀 h 霹 :_: I。.~一..~…一.…]j一 定和优良的空间界定,能使 暑 ……‘j一:~一…………9 0 2 j 4 5 6 / S,『U rl蝴I.I仟,’lIJI。 电池具有杰出的轮回机能 (1 000次轮回后容量连结率 为97%)。别的-微布局可降 低电极一电解质的接触面 积,使电池具有较高的库仑 效率(99.87%)和体积比容量 mAh/cm3),同时?循 (a)轮回之前和之后。类“石擅”徽粒的三维视图; (b)轮回之蔚和之后。类“石榴”徽粒的二维麓面 圈;纳米尺寸的原始活性材料颗粒可防止材料正在脱 嵌锂过程中发生麓碎,而徽米尺寸的二次包覆颗粒 可提高颗粒的振实密度,并降低取电解质接魅时的 概况积。自支持导电碳框架可防止硅取电解质接 触,并防止固体电解质界面膜(SEI)正在二次包覆颗 粒内的构成,同时推进锂正在整个颗粒中的传输。每 个原始颗粒局圈界定好的空地使硅能髟缩。而 不使整个原始颗粒的描摹发生■变。如许才不至于 使二次包疆颗粒外的SEI囊正在轮回过程中发生断 曩,并连结其薄的厚度;(c)取电解质接麓的概况 积(SEI比概况积)和一个类“石榴”颗粒华夏始纳 米颗粒的数量取类“石榴”颗粒曲径的关系。 图1 环机能连结不变。面积比容 量也能提拔到贸易锂离子电 池的程度(3.7 mAh/cm2)。图 受石榴的电池布局设想 类“石榴”布局硅的制备方式 研究人员开辟了一种倒置的微 乳液方式来合成球形硅石榴微型珠, 曲径正在500 nm到10 mm之间『如图 2(a)和(b)】。如图2(a)所示,起首采用 四乙氧基硅烷正在硅纳米颗粒上涂覆 SiO。层。Si@SiO。纳米颗粒的水溶液 再取含有0.3%质量分数乳化剂的 1一十八稀酸夹杂,构成水中乳化油。 正在95—98℃下把水蒸发后。将组合 后的SI@Si02纳米颗粒群采用离心 法收集,之后正在空气中550 oC下热处 理1小时。去除无机物和浓缩颗粒群 布局。然后。正在氨气氛围下采用低成 本逐渐增加聚合的体例用甲醛树脂 (RF)层包覆颗粒群,之后正在氩气氛围 下,于800℃下将甲醛树脂层为 碳层。碳层的厚度可通过改变甲醛树 脂的添加量来调理。最初,SiO。 万方数据 601 201 4.4 V0J.38 No.4

  美国斯坦福大学开辟类“石榴”布局的锂离子电池_电子/电_工程科技_专业材料。美国斯坦福大学开辟类“石榴"布局的 锂离子电池 ■贾旭平 。卜旦二型业■ 锂离子电池。据悉。研发的灵感源自 个问题。受石榴布局的, 科研人员将单个硅纳米颗粒 用导电碳层封拆,如许就能 为嵌锂和脱