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先進(jìn)的高能密度鋰離子電池應(yīng)用研究

發(fā)布時(shí)間：2019/08/13 13:47:06 訪問(wèn)量：4465 次

對(duì)電池材料在儲(chǔ)能能力、耐久性、成本等方面的需求不斷增加。最先進(jìn)的高能密度鋰離子電池是以層狀鋰過(guò)渡金屬氧化物L(fēng)iMo2（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(yáng)極活性材料，而這種材料的研制，離不開(kāi)鳳谷節(jié)能的粉體燒結(jié)回轉(zhuǎn)窯。鳳谷回轉(zhuǎn)窯，用了都說(shuō)好。4,5將部分硅（Si）（對(duì)于Li 15 Si4，3579 mAh GSI−1）加入到負(fù)電極中被證明是進(jìn)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(fù)合材料制備并測(cè)試了聚乙烯酰亞胺粘合劑陽(yáng)極。根據(jù)作者的研究，在350次循環(huán)后，性能最好的電極的比容量為514 mAh g-1，比商業(yè)石墨陽(yáng)極高1.6倍。然而，實(shí)現(xiàn)“高含量”和“高負(fù)載”硅陽(yáng)極的穩(wěn)定循環(huán)性能是非常具有挑戰(zhàn)性的。硅作為陽(yáng)極活性材料最嚴(yán)重的缺點(diǎn)是：（i）不可逆性大，尤其是在前兩個(gè)循環(huán)中，例如與電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)；（i i）與鋰合金化后體積變化大，導(dǎo)致顆粒斷裂和陽(yáng)極自粉化。

請(qǐng)注意，所有這些不利影響不僅會(huì)在電池運(yùn)行期間造成明顯的阻抗積累，還會(huì)導(dǎo)致陰極的鋰消耗。此外，研究表明，導(dǎo)電碳黑/粘合劑網(wǎng)絡(luò)和/或集電器中的Si粒子的接觸損耗會(huì)加速容量退化。13,14近年來(lái)，通過(guò)測(cè)試新的和/或改進(jìn)的電解質(zhì)、添加劑和聚合物粘合劑，人們做出了許多嘗試來(lái)克服硅陽(yáng)極的主要問(wèn)題。11,13,15−17此外，重點(diǎn)是制備高級(jí)Si基氧化還原活性材料，活性材料怎么燒結(jié)性能更優(yōu)秀，必須要用到鳳谷鋰電材料實(shí)驗(yàn)燒結(jié)窯。從這些研究來(lái)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(fù)合材料，最好是納米碳，在未來(lái)的儲(chǔ)能應(yīng)用中具有前景。例如18-21，Breitung等人產(chǎn)生了一種由硅顆粒和含碳納米纖維組成的復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)數(shù)百次循環(huán)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(fù)極粉體材料燒結(jié)窯之后，研究結(jié)果表明，在硅存在下，通過(guò)對(duì)葡萄糖進(jìn)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(fā)下，在本研究中，我們旨在從聚合物預(yù)涂硅粒子制備具有核-殼型結(jié)構(gòu)的納米Si/C復(fù)合材料。采用電子顯微鏡、X射線衍射和拉曼光譜相結(jié)合的方法對(duì)700～900℃碳化后的粉末樣品進(jìn)行了表征，并通過(guò)半電池的恒電流循環(huán)實(shí)驗(yàn)研究了它們的鋰儲(chǔ)存性能。此外，通過(guò)原位壓力、差示電化學(xué)質(zhì)譜和聲發(fā)射測(cè)量分別分析了使用Si/C復(fù)合粒子的實(shí)際電極的體積膨脹、放氣行為和機(jī)械變形/降解。

標(biāo)簽：回轉(zhuǎn)窯

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先進(jìn)的高能密度鋰離子電池應(yīng)用研究