锂电性能将大大提升?全新负极改良工艺为EV发展铺平道路
原创
2022-08-16 15:20 星期二
财联社 黄君芝

财联社上海8月16日讯(编辑 黄君芝)众所周知,锂离子电池的充放电循环会导致负极体积的变化,其中的纳米颗粒会开裂并聚集在电极-电解质界面上。这将导致电池短路,并降低容量和循环寿命。

为了解决这个问题,韩国光州科学技术院(GIST)的研究人员近期开发了一种创新方法,可以调整传统负极、提高电池的循环性能,而无需考虑改变材料或制造方法。

简单来说,GIST的研究人员将纳米颗粒封装在弹性网状结构中,以增强负极并使其更有弹性,从而应对体积变化。

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这项研究成果已于近期发表在了《材料化学杂志A》上。具体而言,研究人员使用了一种含有硅纳米颗粒的传统负极,并将它们用聚合物(聚偏二氟乙烯)粘合剂粘合在一起。然后,为了适应网状结构,他们通过退火工艺给负极加热,从而去除粘合剂。

紧接着,他们用还原氧化石墨烯(rGO)溶液填充纳米颗粒之间的空隙,还原氧化石墨烯溶液干燥后形成一个网,将硅纳米颗粒固定在一起,可防止其开裂。此外,网状结构为电子提供了导电途径,使纳米颗粒可以与锂结合。

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此外,研究人员还利用了“旋涂技术”,将rGO涂在负极表面。该rGO涂层可以用作沉积保护层的种子层,而该保护层由添加了镁和镓金属氧化物的氧化锌组成(MGZO)。该MGZO层为负极提供了结构稳定性。

经过测试,即使经过多次充放电循环,这种改良的负极仍能保留大部分电荷。研究人员表示,在经过500次循环后,该结构可以保留1566 mA·h/g的高存储容量,并表现出91%的库仑效率(这与电池寿命有关)。

“这为电动汽车的发展铺平道路,使用户单次充电就能行驶很长距离。”他们说。

研究人员还表示,除了硅负极,这种方法也可用于其他负极材料,如锡(Sn)、锑(Sb)、铝(Al)和镁(Mg)。不仅如此,这一工艺还不用考虑负极原本的制造方式,具有广泛的适用性。

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