2020-06-01

硅-锡复合负极材料,锂电池性能大变身!

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材料牛注:研究者们*新研发出了硅-锡复合阳极材料,用这种材料来替代传统的石墨材料可以大大提高锂离子电池的电容量和稳定性,这将大大减轻民众对汽车电池容量不够的担忧。


近日,加州大学河滨分校的研究者们研发出了一种新的硅-锡复合阳极材料,这种材料可以应用于在达到使用寿命之前可多次充放电的锂离子电池。这种持久性电池得到了广泛使用,从掌上电子设备到电动车辆都可以看到它的身影。

这周三(8月3日)《科学报告》杂志出版了一篇标题为“锡纳米颗粒可以作为硅阳极材料的有效导电添加物”的文章来描述该课题研究。该科研项目是由加州大学河滨分校盖瑞安德森管理学院机械工程和材料科学与工程副教授Lorenzo Mangolini领导的。

锂离子电池,作为个人电子产品领域*受欢迎的可充电电池,它可由阳极、阴极和溶解在有机溶剂中的锂盐三部分组成。虽然石墨是大多数阳极所使用的材料,但同时它也限制了电池性能提升和应用拓展。

经过长期的科学研究,我们发现硅和锡都是可替代石墨的新型高性能阳极材料。在*近的研究中,Mangolini的团队率先提出将两种材料结合为一种复合材料,此举导致电池性能剧烈提高。除了可以将电容量增至石墨电池的三倍以外,硅-锡纳米复合电池在多次充放电循环中也是极其稳定,本质上说这一性能可以推广至它的整个使用寿命。

Mangolini说:“锂离子电池逐渐在电动车辆和航空航天应用上普及开来,但是在大范围采用之前迫切需要减缓范围性焦虑——民众担心一辆车没有足够的电量达到目的地。任何能改善这一情况的技术只要简单可扩展,都是受欢迎的,而我们的新技术正好符合这些标准。”他还说,将锡添加到硅中,而不是另一种诸如炭黑的导电材料,此举将避免硅的低导率,从而减少了能量存储的损耗。

“这两种材料之间的协同效应导致电池的性能超过了每种材料单独存在时的性能,这种性能的提升是因为锡具有高的导电率和能量存储容量,添加2%重量的锡就可以实现这一效果”,Mangolini说。


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