天大构建致密储能锂电池

为微米硅碳穿上金刚软甲

  中化新网讯 近日,天津大学化工学院杨全红教授领衔的研究团队及其合作者将致密储能的设计思想运用于锂离子电池,在高致密微米硅碳负极材料构建方面取得重要突破。

  受植物细胞吸脱水过程中结构稳定性的启发,该团队为微米硅颗粒设计了一种独特的“金刚软甲”碳包覆结构。利用水脱出产生的毛细收缩力,石墨烯片层高度交联并紧密地黏附在通过化学气相沉积得到的碳壳表面,形成致密收缩的“金刚软甲”结构,实现了应力释放、电子传输网络“一体化”。

  同时,碳壳与内部的微米硅活性颗粒之间预留有合适的空隙,形成笼状结构。最终,内部碳笼优异的机械柔性,叠加外部紧密互连石墨烯片的可滑移、抗断裂的“超韧”特性,可实现微米硅碳负极从实际制备到电化学循环、从单体颗粒到复合材料再到整体电极的全阶段、多层次的“金刚不坏”,从而获得微米硅碳电极在长期循环过程中长达1000周结构稳定性的密钥。采用该工艺,该团队制备得到锂离子软包电池的体积能量密度高达1048Wh/L。

  该研究通过碳网络的极限收缩获得“金刚软甲”结构,实现了强韧碳缓冲结构的构建,缓解了微米硅负极的严重应力问题,同时完整稳定的碳表面保护也减少了副反应的发生,抑制了电解液消耗产热引起的电池安全性问题。

  基于微米硅负极的高效应力管理,“金刚不坏”的设计思想将有力助推低成本、高致密的微米硅负极产业化进程,对于面向智能互联时代的超高体积比能量锂电池跨越其发展的“最后1公里”具有重要的现实意义。

关键字:微米硅
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2016-07-01     科技部