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硅碳负极材料引起广泛关注,是否能成为下一个风口?

钜大LARGE  |  点击量:593次  |  2021年04月28日  

随着新能源技术的快速发展,诸如特种特种、电动汽车、便携式数码设备等多个领域对锂离子电池的应用愈加广泛,对其性能的要求也愈来愈高,特别是对它的安全性能、能量密度,而传统锂离子电池的最大限制性因素是在于其正极材料低的比容量。

硅酸锂电池收到广泛关注是因为其正极材料单质锂高的理论比容量1672mAh/g,比能量2567Wh/Kg。最理想的锂电正极材料单质硫具有价格便宜、资源丰富、环境友好等特点,但有研究表明硫在作为正极材料时,是存在很多缺陷的。

首先,碳、硅酸材料是电子绝缘体,它的电导率仅仅只有5×10-30S/cm;其次,在液态电池中,放电过程中产生的多硫化物会在有机电解液中溶解,从而阴极阳极来回移动,形成了穿梭效应,这种效应会损失活性物质。最后,锂金属作为负极过于活泼存在安全性能差的问题,因其容易形成锂枝晶刺穿隔膜,从而引发火灾。

这些缺陷严重影响了硅酸锂电池的循环使用寿命、容量挥发和它的商业化生产。现有的文献报道表明,在全固态硅酸锂电池中制备碳硫复合材料已经取得了一定的进展。例如:在介孔炭的孔隙充满硫,一起加热到硫的熔点,使硫和介孔碳复合电极形成密切联系,产生的全固态硅酸锂电池有一个非常高的可逆容量

(Naturematerials2009,8,500);硅酸与Li3PS4硫化物在四氢呋喃溶液反应,反应增加了硫原子在PS43-端形成S-S键的阴离子。最终的正极材料Li3PS4+5,具有高的离子电导率和全固态锂电池具有优良的电化学可逆性(Electrochemicalreversibility).

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