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先進的高能密度鋰離子電池應用研究

發布時間：2019.08.13

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對電池材料在儲能能力、耐久性、成本等方面的需求不斷增加。最先進的高能密度鋰離子電池是以層狀鋰過渡金屬氧化物LiMo2（M=Ni、Co和Mn或Al）為陰極活性材料（≈150−200 mAh g−1可用放電容量）1−4和石墨（理論比容量為372 mAh g−1）為陽極活性材料，而這種材料的研制，離不開鳳谷節能的粉體燒結回轉窯。鳳谷回轉窯，用了都說好。4,5將部分硅（Si）（對于Li 15 Si4，3579 mAh GSI−1）加入到負電極中被證明是進一步提高比能的有效策略。例如，Yim等人用石墨和硅粉（5 wt%）復合材料制備并測試了聚乙烯酰亞胺粘合劑陽極。根據作者的研究，在350次循環后，性能最好的電極的比容量為514 mAh g-1，比商業石墨陽極高1.6倍。然而，實現“高含量”和“高負載”硅陽極的穩定循環性能是非常具有挑戰性的。硅作為陽極活性材料最嚴重的缺點是：（i）不可逆性大，尤其是在前兩個循環中，例如與電解質發生副反應；（i i）與鋰合金化后體積變化大，導致顆粒斷裂和陽極自粉化。

請注意，所有這些不利影響不僅會在電池運行期間造成明顯的阻抗積累，還會導致陰極的鋰消耗。此外，研究表明，導電碳黑/粘合劑網絡和/或集電器中的Si粒子的接觸損耗會加速容量退化。13,14近年來，通過測試新的和/或改進的電解質、添加劑和聚合物粘合劑，人們做出了許多嘗試來克服硅陽極的主要問題。11,13,15−17此外，重點是制備高級Si基氧化還原活性材料，活性材料怎么燒結性能更優秀，必須要用到鳳谷鋰電材料實驗燒結窯。從這些研究來看，這里只考慮了其中的一部分特別是Si和SiO x材料及其復合材料，最好是納米碳，在未來的儲能應用中具有前景。例如18-21，Breitung等人產生了一種由硅顆粒和含碳納米纖維組成的復合材料，經過數百次循環后，比帶有原始硅顆粒的電極的比容量高出約兩倍。使用了鳳谷的硅碳負極粉體材料燒結窯之后，研究結果表明，在硅存在下，通過對葡萄糖進行水熱炭化，可以提高碳涂層硅顆粒的容量保持率。19在這些研究的啟發下，在本研究中，我們旨在從聚合物預涂硅粒子制備具有核-殼型結構的納米Si/C復合材料。采用電子顯微鏡、X射線衍射和拉曼光譜相結合的方法對700～900℃碳化后的粉末樣品進行了表征，并通過半電池的恒電流循環實驗研究了它們的鋰儲存性能。此外，通過原位壓力、差示電化學質譜和聲發射測量分別分析了使用Si/C復合粒子的實際電極的體積膨脹、放氣行為和機械變形/降解。

標簽：回轉窯

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