大容量、长寿命锂离子电池电极材料的新进展

随着便携式电子产品如平板电脑、移动通讯工具及电动汽车行业的兴起,人们对于电池的用量与日俱增,同时对其质量及性能提出了更高的要求。锂离子电池因其具有高电压、高容量、长寿命、宽工作温度及污染小而在国防工业、汽车产业、空间技术等发面显示出广阔的应用前景。纵观锂电池的发展历史,每一次重大突破均来自于新构想及新材料的应用。尽管目前碳材料仍然为商业化锂电池的主要负极材料,但这类材料存在贮锂容量较低(理论值372 mAh/g)且存在一定的安全隐患,使得寻找高贮锂容量、高电极稳定性的新材料成为该领域的研究方向之一。金属氧化物,特别是氧化锡(SnO2)具有高容量密度(理论值784 mAh/g)、低嵌锂密度(<1 V)等优点,且资源丰富、价格便宜、安全性能好等优点,而成为有潜力的负极替代材料。然而,目前的报道现实使用氧化锡作为锂电池负极存在一个很大的问题,就是其稳定性较差,并且多次充放电后,电池的容量会比原来下降很多。

似乎一切又回到了原点。但有趣的是,最近来自中科院苏州纳米技术与纳米仿生学研究所的靳健课题组从界面化学角度为切入点,对整个电极系统展开了一系列促进大容量、长寿命的改进。该课题组首先采用BSA(牛血清蛋白)作为配合基,结合在SnO2纳米晶体上,再将其碳化形成复合物。同时在纳米粒子表面原位包裹聚多巴胺(Polydopamine)后,与碳黑导电剂、聚丙烯酸粘合剂复合,从而在电极系统中(聚丙烯酸粘合剂与聚多巴胺缓冲层间)形成共价键(酰胺健),并显著提升电池的机械强度、使用寿命及电池容量。报道中还对循环后的电极进行详细表征,探明了最适缓冲层的用量,以及共价键在电极充放电过程中所起到的关键作用。

在其他研究人员花费很多心血寻找新型电极材料时,文章的作者以不同的视角,以界面化学为重点聚焦于整体电极体系,为大容量锂电池的研究开发提供了一个新的思路。

About 王 汉

厦门大学,药学院,药理学专业。