高能量密度鋰離子電池的應(yīng)用研究

對電池數(shù)據(jù)的儲能能力、耐久性、成本等進(jìn)行了分析。目前最先進(jìn)的高能密度鋰離子電池采用層狀鋰過渡金屬氧化物L(fēng)iMo2(M=Ni,Co和Mn或Al)作為陰極活性數(shù)據(jù)(≈150−200mAhg-1有效放電容量)1−4，石墨(理論比容量372mAhg-1)作為陽極活性數(shù)據(jù)。在負(fù)電極上添加部分硅(約為Li15si4,3579mAhGSI−1)被證明是進(jìn)一步提高比能的有效策略。例如，Yim等人使用石墨和硅粉(5%wt%)復(fù)合數(shù)據(jù)制備并測試了聚乙烯醇酰亞胺膠粘劑陽極。作者表示，經(jīng)過350次循環(huán)后，最具功能的電極的比容量為514mAhg-1，是商用石墨陽極的1.6倍。然而，結(jié)束高含量和高負(fù)載硅陽極的安全循環(huán)是非常具有挑戰(zhàn)性的。作為陽極活性數(shù)據(jù)的硅最嚴(yán)重的缺陷是:(I)不可逆性高，特別是在前兩個循環(huán)中，如與電解質(zhì)的副反應(yīng);(II)和鋰經(jīng)過合金化后體積變化較大，導(dǎo)致顆粒開裂和陽極自粉化。

注意，所有這些反向效應(yīng)不僅會在電池運行過程中出現(xiàn)大量的阻抗積聚，還會導(dǎo)致陰極鋰的消耗。此外，研究表明，導(dǎo)電炭黑/粘結(jié)劑網(wǎng)絡(luò)和/或集電極中硅顆粒的接觸損失將加速容量的退化。近年來，新的和/或改進(jìn)的電解質(zhì)、添加劑和聚合物粘合劑已經(jīng)過測試，以克服硅陽極的重要問題。11、13、15−17另外，重點是制備高質(zhì)量的硅基氧化還原活性數(shù)據(jù)。從這些研究的角度來看，這里只考慮了其中的一部分，特別是Si和SiOx數(shù)據(jù)及其復(fù)合數(shù)據(jù)，尤其是納米碳，在未來的儲能應(yīng)用中具有前景。例如，18-21,Breitung等人制造了一種硅顆粒和含碳納米纖維的復(fù)合材料，經(jīng)過數(shù)百次循環(huán)，其容量大約是原始硅顆粒電極的兩倍。胡錦濤等人。結(jié)果表明，在硅儲存中，葡萄糖經(jīng)水熱碳化后，碳包覆硅顆粒的容量持存率可以提高。受這些研究的啟發(fā)，本研究的目的是利用聚合物預(yù)涂層硅顆粒制備具有核-殼結(jié)構(gòu)的納米Si/C復(fù)合材料。用電子顯微鏡、x射線衍射和拉曼光譜對700~900℃碳化的粉末樣品進(jìn)行了表征。此外，采用原位壓力法、差示電化學(xué)質(zhì)譜法和聲發(fā)射法分析了硅/碳復(fù)合粒子對實際電極的體積膨脹、透氣行為和機(jī)械變形/降解。