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宁波材料所纳米硅基负极材料开发取得进展

来源:中国粉末冶金商务网 2017-10-12 09:04中国投资咨询网 A-A+

  相对于传统石墨负极材料(372mAh/g),硅负极材料具有极高的理论比容量(3580mAh/g),是未来高能量密度动力锂离子电池负极材料首选。但硅负极材料在充放电循环过程中存在体积变化(高达3倍以上),造成硅颗粒粉化,从而引发SEI膜反复再生库伦效率低,电接触变差极化增大,使实际硅负极材料循环寿命和倍率性能较差。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室自2011年开展硅基负极材料的研究开发,已取得系列进展。2012年报道了一种三维多孔的纳米硅/石墨烯复合负极材料。近日,又报道了一种新型二维纳米硅/二氧化硅复合负极材料(2D nano-Si/SiO2)。该工作利用层状结构CaSi2的拓扑转变,在酸性溶液中化学剥离Ca原子(图1a),留下单原子层褶皱状硅烯,由于Si原子只存在sp3杂化,硅烯极不稳定,在水溶液中氧化得到亚稳态二维硅氧烯(图1b),二维硅氧烯经过合适的热处理条件脱水歧化得到二维纳米硅/二氧化硅复合负极材料(2D nano-Si/SiO2),其中纳米硅均匀分散于无定型硅氧化物(图1c)。二维结构可有效减少锂离子迁移路程,纳米硅和硅氧化物可有效降低了体积膨胀率,因此采用该方法制备的2D nano-Si/SiO2@C表现出优异的循环稳定性和倍率性能。电化学性能测试表明,在0.15A/g条件下,首次放电容量大于950mAh/g,在7.5A/g的大电流密度下,放电容量达360mAh/g,相比于文献已报道的硅或硅氧化物材料,倍率性能具有显著优势(图2);在1.5,3.0和7.5A/g的大电流密度下,循环300周容量保持率分别为73%,73%和92%(图3)。该新型2D nano-Si/SiO2@C负极材料,有望应用于长续航电动汽车(图4)。

 

关键词:宁波 材料 纳米 硅基 负极 进展
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