给氧化硅颗粒多加几层外衣!青岛农业大学的这项研究大大提高了锂离子电池的稳定性

“天冷了,多穿件衣服!”小时候母亲总是千叮咛万嘱咐。近年来,为达到提高电池稳定性的目的,为氧化硅锂电池负极材料加外衣提高电池寿命的研究也越来越多。最近,青岛农业大学化学与药学院王杰香港理工大学朱叶研究小组则在给氧化硅包裹一层碳外衣之后,再包一层碳纳米颗粒增强型聚合物层,既保证了电极材料的导电性,又起到了缓冲氧化硅颗粒电池充放电过程引起的体积变化,有效提高了电池循环寿命。与以往碳包覆有着本质区别,两种碳层的制备都非常简单,第一碳层为酚醛树脂经高温转化的包覆层,第二聚合物层为碳纳米颗粒和吡咯单体共聚反应形成的碳纳米颗粒增强型聚合物层。

 

图a为碳包覆合成示意图,图b为碳纳米颗粒增强型聚合物层形成示意图。
图a为碳包覆合成示意图,图b为碳纳米颗粒增强型聚合物层形成示意图。

神奇的作用机制

更神奇的是研究小组以聚丙烯酸(PAA)作为粘结剂涂装集流体时,聚吡咯和聚丙烯酸发生了交联作用,对氧化硅颗粒的位置起到了限域作用,进一步提高了电池的稳定性,机理如下:

PAA与包覆颗粒的交联机制
PAA与包覆颗粒的交联机制

通过半电池和全电池测试,证明两步包覆和交联过程对提高电池性能是非常有必要的。

图a为半电池循环稳定性测试,图b为全电池循环寿命测试,图c,d为循环前的扫描电镜图像,图e,f为循环寿命后的扫描电镜图像。
图a为半电池循环稳定性测试,图b为全电池循环寿命测试,图c,d为循环前的扫描电镜图像,图e,f为循环寿命后的扫描电镜图像。

 

论文的研究意义在于,通过简单的两步包覆和交联作用有效提高锂离子电池寿命,所用原材料价廉易得,对锂离子电池负极材料的开发有着重要的启示作用。

参考文献:

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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