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一种用于制造锂离子电池硅阳极的气凝胶新技术

日期:2021-2-22 类别: 阅读:922 (来源:互联网)

一种用于制造锂离子电池硅阳极的气凝胶新技术被瑞典科学家开发出来,预计将提供比目前销售的容量大得多的电池。尽管稳定性和容量保持仍有挑战,但这种方法最终能够产生低成本的大规模生产过程。研究者们表示:通过气凝胶生产路线,硅粉和纳米石墨将纳米硅粉生长在纳米石墨片上,方法简单,成本低,扩展性好,不需要合成昂贵的设备。

一种用于制造锂离子电池硅阳极的气凝胶新技术被瑞典科学家开发出来,预计将提供比目前销售的容量大得多的电池。这个团队可以通过在石墨上生长纳米尺寸BAT54LP-7的硅微粒来克服硅作为负极材料所面临的许多共同挑战。尽管稳定性和容量保持仍有挑战,但这种方法最终能够产生低成本的大规模生产过程。

在采用石墨作为负极材料的背后,存在着对锂离子电池的诸多限制。尽管石墨是可靠的材料,但其理论容量较低,容易在高电流密度下失去这一容量,是阻碍商用锂离子电池容量及性能大幅提高的两大因素。

硅树脂是负极材料中的一种,理论容量是石墨的十倍左右,具有很大的应用前景。但在电池循环中,硅极易膨胀崩溃,性能急剧下降。

研究者们发现了各种各样的解决方案,包括最初使硅多孔或者用碳纳米管制作支架。但在该研究的最初阶段,很少有人注意到该研究的技术成本和潜在的扩展性。

为了解决这一问题,瑞典中部大学的科学家研究了硅阳极生产的新技术,使用气凝胶技术在石墨片上涂布纳米尺寸的硅颗粒。使用该技术,在电流密度为100毫安/克时,库伦效率为97%,而容量为455毫安时,则可以生产出阳极。有关该阳极的工艺和性能的详细信息已在《科学报告》中发表,文章为高性能锂离子电池用纳米硅石墨气凝胶基阳极。

它依靠石墨作为添加剂,提高导电性,连接微小的纳米硅颗粒。一次阳极容量达到1050毫米/克-1,接近硅的理论极限。在30个循环之后,数值迅速下降到初始值的57%,而在100个循环之后,数值为52%。研究者指出,与原硅、研磨硅或热处理硅相比,这是一项显著的进步。一次循环中,每公斤的阳极能量为787瓦时,经过200次循环后,阳极能量降至341.25瓦时。

研究人员指出,其他方法显示出更强的容量维持效果,这些方法往往依赖于复杂或昂贵的技术,不适合于大规模生产。研究者们表示:通过气凝胶生产路线,硅粉和纳米石墨将纳米硅粉生长在纳米石墨片上,方法简单,成本低,扩展性好,不需要合成昂贵的设备。该研究表明,基于该结构制作的电极具有较高的容量和循环稳定性,是一种经济有效的硅基阳极制造方法。