給氧化矽顆粒多加幾層外衣!青島農業大學的這項研究大大提高瞭鋰離子電池的穩定性

“天冷瞭,多穿件衣服!”小時候母親總是千叮嚀萬囑咐。近年來,為達到提高電池穩定性的目的,為氧化矽鋰電池負極材料加外衣提高電池壽命的研究也越來越多。最近,青島農業大學化學與藥學院王傑香港理工大學朱葉研究小組則在給氧化矽包裹一層碳外衣之後,再包一層碳納米顆粒增強型聚合物層,既保證瞭電極材料的導電性,又起到瞭緩沖氧化矽顆粒電池充放電過程引起的體積變化,有效提高瞭電池循環壽命。與以往碳包覆有著本質區別,兩種碳層的制備都非常簡單,第一碳層為酚醛樹脂經高溫轉化的包覆層,第二聚合物層為碳納米顆粒和吡咯單體共聚反應形成的碳納米顆粒增強型聚合物層。

圖a為碳包覆合成示意圖,圖b為碳納米顆粒增強型聚合物層形成示意圖。
圖a為碳包覆合成示意圖,圖b為碳納米顆粒增強型聚合物層形成示意圖。

神奇的作用機制

更神奇的是研究小組以聚丙烯酸(PAA)作為粘結劑塗裝集流體時,聚吡咯和聚丙烯酸發生瞭交聯作用,對氧化矽顆粒的位置起到瞭限域作用,進一步提高瞭電池的穩定性,機理如下:

PAA與包覆顆粒的交聯機制
PAA與包覆顆粒的交聯機制

通過半電池和全電池測試,證明兩步包覆和交聯過程對提高電池性能是非常有必要的。

圖a為半電池循環穩定性測試,圖b為全電池循環壽命測試,圖c,d為循環前的掃描電鏡圖像,圖e,f為循環壽命後的掃描電鏡圖像。
圖a為半電池循環穩定性測試,圖b為全電池循環壽命測試,圖c,d為循環前的掃描電鏡圖像,圖e,f為循環壽命後的掃描電鏡圖像。

論文的研究意義在於,通過簡單的兩步包覆和交聯作用有效提高鋰離子電池壽命,所用原材料價廉易得,對鋰離子電池負極材料的開發有著重要的啟示作用。

參考文獻:
Guo,J; Zhao, G; Xie, T; Dong, D; Ma, Chuanli; Su, L; Gong, L.; Lou X.; GuoX.; Wang J.; Zhu Y., Carbon/Polymer Bilayer-Coated Si-SiOxElectrodes with Enhanced Electrical Conductivity and Structural Stability. ACSApplied Materials & Interfaces, DOI: acsami.00c02445.

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