生产锂离子电池硅阳极的新方法
来源： 2021-02-22 16:50:32
使用石墨作为负极材料的背后是许多局限性当今的锂离子电池。尽管石墨是一种可靠的材料，但其相对较低的理论容量以及在高电流密度下容易失去该容量的趋势是阻止对商用锂离子电池容量和性能进行重大改进的两个因素。
硅是争夺研究者注意力的几种新阳极材料之一，它的理论容量约为石墨的十倍，因此它无疑具有很大的潜力。但是，在电池循环期间，硅会膨胀并随后散落，导致性能快速下降。
研究人员已经发现了各种解决方案，包括使硅开始具有多孔性，或使用碳纳米管的“支架”结构进行加工。但是，在研究的早期阶段，很少有人关注研究过程的成本或潜在的可扩展性。
中瑞典大学的科学家希望解决这一问题，他们研究了一种新的生产硅阳极的工艺，该工艺采用“气凝胶”工艺将纳米级的硅颗粒涂覆在石墨薄片上。通过这种方法，他们以100毫安/克的电流密度生产了具有455毫安小时/克(mAh / g-1)比容量和97%的库仑效率的阳极。过程，该阳极的特征的详细资料载于科学报告，在纸硅纳米石墨气凝胶基阳极的高性能锂离子电池。
阳极依靠石墨作为添加剂来提高导电性并连接微小的硅纳米颗粒。在第一个循环中，阳极的容量达到1050 mAh / g-1，接近硅的理论极限。在30个循环后，该值迅速下降到初始值的57%，在100个循环后，下降到52%。研究人员指出，与原始硅，研磨硅或热处理硅相比，这是一个重大改进。在第一个循环中，测得的阳极比能为787瓦时/千克(Wh / kg)，在200个循环后降至341.25 Wh / kG。
虽然其他方法在保持容量方面显示出了更强的结果，但这里的研究人员注意到，这些方法通常依赖于不适合大规模生产的复杂或昂贵的过程。研究人员说：“通过使用聚乙烯醇(PVA)的气溶胶制造路线，利用聚乙烯醇(PVA)从硅粉和纳米石墨中将硅纳米颗粒生长在纳米石墨薄片上，该合成方法不需要昂贵的设备，”研究人员说。“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的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。”
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