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由硅纳米颗粒制成的阳极或可商业化生产
2019年12月30日 发布 分类:技术前沿 点击量:927
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NIMS小组研究发现,在固体电解质中一种仅由工业硅纳米颗粒通过喷射沉积工艺制备而成的硅阳极具有优异的电极性能,以前仅在蒸发制备的薄膜电极中观察到。因此,这一新结果表明,低成本、大规模生产全固态锂电池用大容量阳极是可能的。

的理论容量为4200 mAh/g当前锂离子电池负极活性材料的11倍左右。如果硅代替传统的石墨,有望提高电动汽车的充电续航里程。然而,其在锂化和去锂化过程中,近乎三倍的“巨”体积,阻碍了其在电池中的实际应用。

 

不锈钢集电器上喷射沉积纳米颗粒制备的硅阳极横截面和完全充电状态下的阳极图像——场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)图像

在传统的液体电解质中,一般使用聚合物粘合剂将电极中的活性物质颗粒固定一起,并保持其与金属集电器表面的粘附性。重复性的体积巨化现象,会使活性物质颗粒分离从而导致电池容量持续性损失。

在固态电池中,活性物质被放置在固体电解质分离层和金属集电器之间,避免活性物质的电隔离问题。固态电池中纳米颗粒在锂化时,经历了体积膨胀、结构致密和明显的聚集,在固体电解质分离层与金属集电器之间的有限空间内形成与蒸发过程类似的连续薄膜

事实上溅射沉积工艺制备的纯薄膜的实际容量超过2.2mAh/cm2,在固体电解质中表现出良好的循环稳定性和高速放电能力。尽管如此,全固态锂电池阳极的成本效益和工业化规模的合成仍然是一个巨大的挑战。

喷雾沉积工艺是一种成本效益高、可用于大规模生产的大气技术由工业硅纳米颗粒通过喷射沉积工艺制备而成的硅阳极具有优异的电极性能因此,NIMS的研究结果将为全固态锂电池的硅阳极的商业化生产铺平道路。

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