锂离子电池硅负极技术研究总结与展望

 体验式策划     |      2021-10-31 04:33
本文摘要:【成果概述】南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组受邀在AdvancedEnergyMaterials上公开发表进展报告“ChallengesandrecentprogressinthedevelopmentofSianodesforlithium-ionbattery”(DOI:10.1002/aenm.201700715),对于近年来倍受注目的锂离子电池硅负极展开了总结与未来发展。

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【成果概述】南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组受邀在AdvancedEnergyMaterials上公开发表进展报告“ChallengesandrecentprogressinthedevelopmentofSianodesforlithium-ionbattery”(DOI:10.1002/aenm.201700715),对于近年来倍受注目的锂离子电池硅负极展开了总结与未来发展。【研究内容】图1锂离子电池硅基阳极的阐述a-c)基本挑战d-f)面向商业化的挑战和最近进展图2硅阳极基本问题的解决方案a)硅纳米线示意图b)硅纳米颗粒尺寸依赖性脱落【研究内容】随着电子便携设备及电动汽车的较慢发展市场需求,研究并研发高性能的锂离子电池最为关键。锂离子电池硅负极被指出是下一代最理想的负极材料之一,由于其极大的储量和超高的理论比容量(4200mAh/g,相等于现在商业化石墨负极的十倍),沦为了科技界、产业界注目的焦点之一。

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该进展报告首先讲解了硅负极的基本问题和解决方案,然后侧重总结了硅负极应付商业化还必须解决问题的难题以及近年来的进展,主要还包括首圈库伦效率,振实密度和材料成本三个方面,最后在全电池性能和能量密度方面对将来的工作展开了未来发展。纳米结构的硅负极解决问题了硅金字锂时体积收缩而引起的材料消灭和不稳定的SEI的问题,提升了电化学循环性能。

但是纳米结构的高比表面积造成首圈库伦效率较低,振实密度和面积比容量较低,同时纳米结构的制取工艺简单,成本高,这些因素严重影响了硅负极的商业化。该文从二次结构设计,预嵌锂和电解液添加剂三个方面总结了首圈库伦效率方面的进展,从微米结构设计,导电粘结剂方面总结了振实密度以及面积比容量的提升,从较低纯度硅和自然界硅源来减少材料成本。最后在全电池性能和能量密度方面对将来的工作展开了未来发展。


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