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上海交大團隊鋰離子電池高容量硅負極研究獲進展

時間:2018-03-20 10:28來源:上海交通大學作者:綜合報道

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　　近日，上海交通大學化學化工學院楊軍教授研究團隊在Cell Press旗下的能源領(lǐng)域新刊Joule發(fā)表了題為“Silicon Microparticle Anodes with Self-Healing Multiple Network Binder”的文章，文中所設(shè)計的多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并帶有自愈合功能的水系粘結(jié)劑(PAA-P(HEA-co-DMA))可以有效緩解微米硅電極在充放電過程中由于活性物質(zhì)的體積變化引起的顆粒粉化和電子導電缺失現(xiàn)象，進而獲得性能優(yōu)異的硅基負極。

　　硅具有很高的理論比容量和較低的氧化還原電極電勢，被認為是下一代高能量密度鋰離子電池最具潛力的負極材料之一。然而，它在循環(huán)過程中嚴重的體積變化，使電極結(jié)構(gòu)松動和電子導電變差，并不斷破壞電極表面的SEI膜和消耗電解液，從而降低了電池的循環(huán)效率和使用壽命。為了解決這些問題，許多先前的研究工作大多集中在設(shè)計不同結(jié)構(gòu)的硅材料，如多孔化，納米化以及多層復合，以降低活性相的體積效應，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。然而，這些策略很難甚至不可能實現(xiàn)硅材料的廉價以及大規(guī)模生產(chǎn)。

　　該論文從粘結(jié)劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，合成了一種軟-硬并舉的具有多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型粘結(jié)劑，該聚合物具有一定的自愈合能力和優(yōu)異的拉伸性能，可以有效地緩沖由于微米硅顆粒的體積變化而引起的應變，抑制硅顆粒在循環(huán)過程中的粉化，使微米級硅顆粒電極的電化學性能得到顯著改善。在5A/g的大電流下比容量仍有約1850 mAh/g，并具有優(yōu)異的電化學可逆性。此外，該粘結(jié)劑也適用于微米氧化硅負極材料，可在9 mAh/cm2的高面積容量下可逆循環(huán)。該研究結(jié)果對發(fā)展具有強體積效應的高容量電極具有重要的參考價值。

　　該研究工作得到科技部973計劃（2014CB932303）和國家自然科學基金（21773154）的支持。

(責任編輯：admin)

文章標簽：鋰電池負極材料硅

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