新突破——低膨胀层状无定形Si负极材料

锂粉制备技术 综合报道

Si负极材料是目前唯一实现商业化应用的新型负极材料,纯硅负极材料在完全充电的状态下比容量可以达到4200mAh/g,远高于传统的石墨负极材料。但是硅负极材料在Li+嵌入的时候会引发Si负极材料晶格发生严重的膨胀,可达300%,这会导致硅负极粉化、脱落,导致电池的容量衰降。

为了克服Si负极材料膨胀,可采取制备Si纳米颗粒、石墨包覆纳米颗粒、氧化亚硅纳米颗粒材料来抑制Si负极材料的膨胀。

即便是采取了这些措施,也不能完全克服Si负极材料膨胀对电池产生的影响,因此是实际应用过程中往往需要Si材料与石墨材料混合使用,利用石墨材料吸收硅负极颗粒的膨胀,减少电极粉化、脱落,提高电池的循环寿命。

近日加拿大达尔豪斯大学的Leyi Zhao等人利用锂硅合金脱锂工艺合成了一种具有层状结构的无定形Si负极材料,在循环过程中该材料嵌锂和脱锂过程中材料的体积膨胀要明显小于普通的Si负极材料,因此材料的循环性能也得到了显著的提升。

新突破——低膨胀层状无定形Si负极材料

Leyi Zhao等利用硅化锂在酒精中脱锂合成了具有层状结构的无定形Si负极材料。合成过程如下,首先在Ar气流保护下,利用电弧融化Si和Li,形成锂硅合金,冷却后研磨成为粉末,取1g加入三颈瓶,利用Ar气流保护,并采用磁力搅拌,最后加入酒精或者异丙醇,并进行持续搅拌需要注意的是当使用异丙醇作为反应剂时,反应较慢,需要采用油浴加热,而采用酒精则反应迅速,不需要采用加热措施。反应后的Si负极材料经过去离子水和HCl洗涤后,在120℃下干燥后就可以获得最终产品。

对与材料结构研究发现,化学配比为Li12Si7,Li7Si3和Li13Si4的锂硅合金经过脱锂形成了层状结构的产物,而化学配比为Li22Si5的材料则没有形成层状结构的产物。

新突破——低膨胀层状无定形Si负极材料

相比于晶体硅材料,具有层状结构的无定形硅负极材料的循环性能得到了极大的提升,循环50次容量仍然能够保持在2000mAh/g以上。为了解释层状无定形硅材料优异的循环性能,Leyi Zhao对完全充电的状态的晶体硅材料和层状无定形硅材料的体积膨胀做了测量,发现晶体硅材料在完全充电状态下体积膨胀高达241%左右,而层状无定形硅材料的体积膨胀仅有135%左右,这主要得益于层状结构之间存在较大的空间,能够吸收硅在嵌锂时发生的体积膨胀。

但是由于该材料具有层状结构,因此使得其在层之间的空间较大,约占整个材料体积的70%左右,因此导致该材料的体积能量密度较低(704Wh/L),甚至低于钴酸锂石墨电池(726Wh/L)。

无定形Si材料的循环性能要明显好于晶体硅材料,特别是当无定形硅材料具有层状结构时,层状结构之间的空间,吸收了硅材料在嵌锂时的体积膨胀,减少了材料颗粒的膨胀,提升了循环性能,但是这也造成了材料的振实密度较低,使得使用该材料的电池体积能量密度较低。

返回第一电动网首页 >

1

想看更多 不感兴趣
重复、旧闻
内容质量差
确定
格力电器回复深交所“200亿交易”问询 将为公司带来162.4 亿元收益
本田与东芝成立合资公司发展新能源
英国公布自动驾驶汽车新保险法规,以乘客为重
福特SYNC3将推全新语音交互功能,体察车主情绪变身贴心助手
深圳2016年新能源汽车保有量80828辆,同比增长近一倍
680马力!保时捷Panamera插电混动新车型官图
特斯拉成功申请多项专利 金属空气电池能否终结“续航焦虑”?
沃尔沃S90 Polestar将搭载混合动力系统上市
曙光股份又搞事情 11.8亿元转让大连黄海100%股权
微软斥巨资打造车联网平台 欲扩大与车企合作
一周内四家锂电企业牵手车企 这释放出何种信号?
三大供应商停止报价,钴价暴涨仍“一货难求”
戈恩卸任日产首席执行官,原联合执行官接任
广西柳州发布新能源汽车新政,到2020年形成年产40万辆生产力
现代将推汽车共享服务,仅限电动汽车使用
特斯拉Q4量产Model 3,再建3座超级工厂
电动车市场格局进入“品牌竞争”时代 中国西部最大电动车展4月成都举行
Model 3上市在即 特斯拉股价飙升引不安?
通用发威:别克、雪佛兰等品牌,年内推4款新能源汽车
2018年发布 路虎揽胜插电式混动版谍照
下一篇

旧文重发:未来汽车开发者 | 李斌:没有实力别造车

旧文重发:未来汽车开发者 | 李斌:没有实力别造车


第三方登录
纯净阅读
意见反馈

反馈和建议 在线回复

第一电动网
Hello world!