硅基氧化物陽極的應用

    硅基氧化物的可逆比容量(reversible specific capacity)較高,循環性能也有所提升。然而,該材質仍不可避免地出現體積改變,且導電性弱。目前已開展了大量的研究工作,旨在應對上述技術難題。如今,中國和美國的研究團隊各自發表了研究結果,找到了兩種新的改進方法。

    美國團隊的研究成果:非黏合性硅基氧化物/碳復合物

    肯塔基大學(University of Kentucky)研究團隊將硅基氧化物顆粒物與硫酸鹽木質素(Kraft lignin)混合后,合成了一種高性能的非黏合性硅基氧化物/碳復合物(binder-free SiOx/C),用于制作鋰離子電池的電極。經熱處理后,木質素形成一種導電體(conductive matrix),可容納大量的硅基氧化物顆粒,確保電子導電率(electronic conductivity)、連接性、適應鋰化/脫鋰反應(lithiation/delithiation)期間的體積變動。該材質無需采用常規的粘合劑或導電劑。

    該復合材質制作的電極的性能表現極為出色。相較于體積變化率相對較小的硅基氧化物電極(160%)而言,其機械電化學性能較為出色,木質素碳素矩陣(carbon matrix)的彈性較大,可適應體積變動。

    中國團隊的研究的成果:微型SiOx/C芯殼(core–shell)復合物

    中國研究團隊則研發了一款高效的解決方案,制備微型SiOx/C芯殼(core–shell)復合物。該研究團隊將檸檬酸(citric acid)與經球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化,隨后就獲得了一款質地均勻的SiOx/C芯殼復合物——SiOx微芯與檸檬酸碳殼(conformal carbon shell)。

    碳殼大幅提升了硅基氧化物的電導率,緩和了適應鋰化/脫鋰反應期間的體積變化。采用SiOx/C復合物制作的電極,其可逆比容量為1296.3 mAh/g,庫倫效率(coulombic efficiency)高達99.8%,充放電200次后,容量保持率在65.1%(843.5 mAh/g)。

    據該研究團隊透露,該復合物的放電效能極為出色,該方法可實現批量生產,具有成本效益,可大批量生產由SiOx/C復合物制作的高性能陽極材料。

 
鋰電池 陽極材料 鋰離子電池 硅基氧化物
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