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海带提纯物有利于提升锂电池负极容量

钜大LARGE  |  点击量:1429次  |  2018年06月10日  

  美国乔治亚技术学院与克莱姆森大学的研究人员表示,如果采用苏打水煮沸海带提取的一种聚合物——藻朊酸盐用于制备锂离子电池负极材料,即使与目前的正极材料组合,也可使锂电池容量提高30%到40%。

  锂离子电池不用时的能量是储存在负极中的,以锂离子积存量多少来表现锂电池容量的大小,当锂电池工作(放电)时,锂离子就穿过电解质到达正极,积累锂离子的负极现在普遍采用石墨粉末作为活性物质,在负极制备过程中,将这种石墨粉末与一种聚合物粘结剂混合在一起,然后溶解在称为甲基吡咯烷酮的溶剂中,再把这种聚合物溶液涂敷到铜箔或铝箔上晾干,这种铜箔或铝箔就充当负极的集流体以收集电流。至此,负极便制备成功,在这个过程中使用的聚合物粘结剂通常是聚偏二氟乙烯。

  石墨粉末作负极的活性物质虽然是目前最成熟的工艺路线,但并不是储能最高的。科学家早就发现,如果用硅取代石墨的话,则锂离子电池单元储存能量可高达10倍,因为,如果用硅粒子代替石墨粉末作活性物质,那么,这种电池负极就可以容纳更多的锂离子,也就是说储存更多容量。但是,这种硅负极的缺点是,当给锂电池充电,也就是锂离子恰恰是从正极向负极迁移时,硅离子会发生膨胀,体积增大三倍。这样就会导致与其混合在一起的聚合物粘结剂——聚偏二氟乙烯开裂,从而最终破坏锂电池负极结构,使电池报废。

  美国科学家发现了一种便宜的聚合物粘结剂,就是我们在文章开头提到的藻朊酸盐,它具有均匀的结构,这是保证粘结剂不开裂的必要条件,经过试验,用藻朊酸盐代替聚偏二氟乙烯,在硅负极膨胀的情况下,这种新型粘结剂既能够提供良好的支撑作用,同时又不与电解质发生化学反应。

  用藻朊酸盐作粘结剂在工艺上可以节约制造成本。因为,藻朊酸盐可以溶解在水中,而不必象聚偏二氟乙烯作粘结剂,水替代甲基吡咯烷酮作粘结剂,完全可以改善现有锂电池负极的容量,带来更多的充放电循环周期,延长电池寿命。

  当然,单纯负极的改造并不能实现锂电池理论上的10倍容量,这需要有正极材料相匹配。但即使采用目前的正极材料,这种采用藻朊酸盐负极的锂电池也可提高30%以上的容量,当然,这个结论目前还停留在实验室阶段。

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