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| 中德科學(xué)家用蘆葦制備鋰電池硅基負極材料 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-09-21 09:48:08 瀏覽次數： |
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導讀： 當前的鋰離子電池主要以石墨及改性石墨為負極材料，但其372毫安時(shí)/克的理論容量難以滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)的長(cháng)里程需求。相比之下，擁有較高的理論容量(4200毫安時(shí)/克)的硅基負極材料成為下一代鋰離子電池負極材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。此次余彥教授課題組創(chuàng )新地采用了蘆葦作為制備的原材料，簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本。
近日，中科院能量轉換材料重點(diǎn)實(shí)驗室、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院材料系余彥教授課題組與德國馬普固體研究所合作的科研團隊發(fā)明了一種用蘆葦制成鋰離子電池三維硅負極材料的制備方法，打破了此前僅能用復雜的化學(xué)步驟合成硅的技術(shù)難關(guān)，為未來(lái)開(kāi)發(fā)出新一代鋰離子電池提供了更多可能。
當前的鋰離子電池主要以石墨及改性石墨為負極材料，但其372毫安時(shí)/克的理論容量難以滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)的長(cháng)里程需求。相比之下，擁有較高的理論容量(4200毫安時(shí)/克)的硅基負極材料成為下一代鋰離子電池負極材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。此次余彥教授課題組創(chuàng )新地采用了蘆葦作為制備的原材料，不僅簡(jiǎn)化了工藝，而且降低了成本。
該方法主要基于鎂熱還原，從天然蘆葦葉上還原出密集的三維多孔氧化硅(SiO2)。蘆葦葉作為骨架，在其上產(chǎn)生的副產(chǎn)物氧化鎂(MgO)作為孔的雛形。
 據研究者介紹，和當前的一些制備納米結構硅基負極的方法相比，此種基于蘆葦的制法包括以下優(yōu)勢：
1、蘆葦葉為可再生材料；
2、還原產(chǎn)生的硅保持了原油蘆葦葉中的三維納米結構，這種結構十分有利于提升負極性能(因為它可以減緩負極得粉末化)；
3、方法簡(jiǎn)單易行；
4、無(wú)需使用昂貴的硅起始原料或反應試劑
用此方法制備負極時(shí)，蘆葦葉中原有的硅酸鹽的拓撲結構神奇地得到了保持，在一系列物理化學(xué)處理規程中沒(méi)有受到分毫的破壞。在對干蘆葦葉純化的過(guò)程中，其內部的三維結構僅會(huì )收縮，中孔網(wǎng)絡(luò )能夠保持完好，哪怕是之后的碳化過(guò)程都不會(huì )改變它。
據科研團隊中的劉俊(音譯)介紹，鎂熱還原有兩個(gè)優(yōu)勢。第一，它能夠保持蘆葦葉中原有的硅的結構；第二，對氧化鎂添加物的腐蝕可以使內孔密度進(jìn)一步增高。這兩點(diǎn)輔以其后在硅電機上進(jìn)行的碳層包裹，可以極大的提升鋰離子電池負極電化學(xué)性能，比如大的可逆容量、高充放電的電流密度優(yōu)異的循環(huán)能力。最后，蘆葦作為一種天然材料，為高性能鋰離子電池今后的大規模投產(chǎn)提供了可能。
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