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鋰離子電池硅負極研究取得進展

鉅大LARGE  |  點擊量:72次  |  2020年09月01日  

摘要
隨著移動電子產品、大規模儲能和電動汽車的快速發展,開發高能量密度、高功率密度、長循環壽命、高安全性的鋰離子及后鋰離子電池成為儲能領域的研究熱點和焦點。發展高容量、高倍率、高穩定性的電極材料是實現這一目標的重要途徑。

隨著移動電子產品、大規模儲能和電動汽車的快速發展,開發高能量密度、高功率密度、長循環壽命、高安全性的鋰離子及后鋰離子電池成為儲能領域的研究熱點和焦點。發展高容量、高倍率、高穩定性的電極材料是實現這一目標的重要途徑。


近年來,國家納米科學中心李祥龍、智林杰團隊從低成本的二氧化硅納米顆粒出發,改進鎂熱還原技術、規?;苽湟环N仿繡球形態的硅烯材料,應用于鋰離子電池時展現出優異的綜合儲鋰性能。近期,研究團隊提出并發展一種“植皮式”二維共價封裝策略,基于繡球狀硅烯進一步制備硅氧碳鍵基繡球狀共價雙烯,表現出很好的綜合儲鋰性能:在800mA/g的電流密度下重量與體積比容量分別高達2646mAh/g和2350mAh/cm3,在2000mA/g的電流密度下循環500次后重量比容量仍保持近1500mAh/g;即使在20000mA/g的電流密度下重量比容量仍高達810mAh/g,體積比容量相比非共價封裝和未封裝材料分別高出1358%和1442%;以整體器件計算,基于該碳硅材料的全電池能量密度比基于石墨的高出40%~60%,比目前的商業化鋰離子電池的比能量和能量密度均高出40%以上。初步研究表明,二維共價封裝策略在有效緩解硅體積膨脹的情況下,不僅提供了電子/鋰離子高效混合傳輸通道,還變革材料界面、確保了電子/鋰離子高效且穩定傳輸。


相關成果以Stablehigh-capacityandhigh-ratesilicon-basedlithiumbatteryanodesupontwo-dimensionalcovalentencapsulation為題,發表在《自然-通訊》上。研究得到國家自然科學基金委員會、中科院青促會等項目支持。


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