鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2851次 | 2018年05月23日
如何使鋰離子電池的硅基負(fù)極材料合金化?
近年來(lái),研究人員對(duì)硅基負(fù)極材料進(jìn)行了大量的改性研究,取得了一定的進(jìn)展。本文基于理論研究與實(shí)驗(yàn)研究?jī)煞矫?,總結(jié)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)硅基負(fù)極材料的研究方法和研究手段,希望對(duì)新型合金類負(fù)極材料的研究具有促進(jìn)作用。
影響硅負(fù)極材料商業(yè)化最大的障礙是硅在充放電過(guò)程中較大的體積效應(yīng)導(dǎo)致的材料粉化失效。實(shí)驗(yàn)表明,引入第二組元形成“Si-M”活性-活性或活性-非活性體系能有效降低硅的體積膨脹系數(shù),利用活性元素或者非活性元素本身的一些特性,如金屬延展性、成鍵特性等,緩解硅在嵌脫鋰過(guò)程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)。
Lee等人將硅粉放在銅基體表面,在真空下加熱至2000℃,形成以Cu為基體,自下而上從富銅態(tài)逐漸過(guò)渡到富Si態(tài)的Si-Cu合金薄膜負(fù)極材料。半電池測(cè)試顯示,100周循環(huán)后,薄膜樣品的質(zhì)量比容量為1250mAh/g,面積比容量為1956mAh/cm3。但是過(guò)量的Cu導(dǎo)致部分晶態(tài)的硅存在,使得樣品的循環(huán)穩(wěn)定性相對(duì)較差。
楊娟等人采用機(jī)械球磨及退火處理相結(jié)合的方法制備Si-Fe復(fù)合負(fù)極材料,利用Si-Fe合金良好的導(dǎo)電性和延展性來(lái)改善Si的循環(huán)性能。結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)處理后的物料部分達(dá)到了合金化,并且有不同形式的Si-Fe合金相形成,但合金化程度并不完全。Si-Fe合金的生成改善了Si作為鋰離子電池負(fù)極材料的循環(huán)性能,且合金化程度越高,合金材料電化學(xué)性能越好。
Zhang等人采用化學(xué)腐蝕、電化學(xué)還原和磁控濺射相結(jié)合的方法,制備三維納米結(jié)構(gòu)多層Si/Al薄膜負(fù)極材料,樣品表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能,在4.2A/g的放電電流密度下,經(jīng)120周循環(huán)后可逆比容量為1015mAh/g,即使放電電流增加至10A/g,可逆比容量仍達(dá)到919mAh/g。電化學(xué)性能的提升主要?dú)w功于三維納米結(jié)構(gòu)的有效分布。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%