低成本冶金硅高性能锂电池取得最新进展

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         随着便携式移动电子产品、电动汽车、可再生能源等领域的突飞猛进的发展,人们对更高能量/功率密度、更长寿命、更高倍率、更高安全和更低价格的锂离子电池器件的需求越来越迫切。硅基材料是目前最具应用前景的锂离子电池负极材料之一,但在实际应用方面仍存在循环性能差、制造成本高的关键瓶颈问题。

        苏州大学晏成林教授和陈煜副教授与电子科技大学熊杰教授合作通过利用廉价冶金硅为原料,成功制备了具备介孔结构硅负极材料。硅的纳米尺寸以及大量的孔洞结构保证了电解质的充分浸润,促进了电极材料与锂的反应。更为重要的是,作者通过一个简单的烧结过程,将一层3纳米左右的氧化硅层均匀地包覆在介孔硅纳米线表面。此氧化层可以很好地容纳硅在充放电过程中巨大的体积变化,同时也不会影响锂的穿梭。因此,硅的高电化学容量在超长的电化学循环中得以保持。  

         经实验证实,经过表面氧化处理的硅纳米线的电化学循环能力有了显著的提高。在长达560周的电化学循环中,由于表面氧化层对于硅体积变化的缓冲效应,其电化学容量平均每周仅下降万分之四,体现了极佳的电化学循环稳定性。也将对低成本高性能电池体系的研究开发有着十分重要的意义,必将促进对电动车、便携式电子产品等需要高比能量的电池的产业化进程。这一研究成果以封面形式发表在Adv. Funct. Mater.(Adv. Funct. Mater. 2015, 43, 6693