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北京大学研发锂电池负极新材料

作者: | 发布时间:2017-04-28 | 浏览数: |

  在容量、安全性和稳定性等方面的突出储能优势的先进锂离子电池,已经成为人们日常工作生活中必不可少的组成部分,已经广泛应用到微型便携式电子产品、电动汽车、乃至电网调峰等的二次电源系统。

 

  然而自从上世纪90年代被大规模应用以来,锂离子电池的比容量没有显著提升,因此也越来越无法满足智能手机要求的待机时间长、电动汽车要求的跑得更远、电网调峰要求的储电量大。这一困境的根本原因在于,锂电池的电极材料容量难以突破,比如,商用负极材料只能采用理论容量为372 mA h/g的低比容量碳基材料。尽管研究表明,Si、Ge、Sn等单质作为负极具有很高的比容量,但是受限于多次使用后的容量快速衰减而难以实际应用。

 

  近年来,二氧化锡(SnO2)负极材料具有优越的循环性能而受到极大关注,其理论容量(783 mA h/g)已经达到了石墨负极两倍。然而,现有SnO2和单质负极材料都在锂离子电池电化学过程中无法克服体积膨胀的应用瓶颈,循环稳定性难以满足应用需求。因此,如何开发新的高循环稳定性/高容量的SnO2基锂电负极材料具有重要意义。

 

锂电池负极材料
 
  近日,北京大学化学与分子工程学院新能源材料与器件课题组与中国科学院硅酸盐研究所,美国宾夕法尼亚大学以及北京工业大学等联合研究,发明了一种基于独创制备技术的黑色二氧化锡纳米材料,该材料作为锂电负极具有1340 mA h/g的可逆容量,远优于SnO2的理论容量极限(783 mA h/g)。该材料与石墨烯复合后更显示出极其优越的循环稳定性和倍率性能,在0.2 A/g电流密度下循环100圈之后容量不衰减,保持950 mA h/g的容量;在2 A/g的大电流下保持具有700 mA h/g的容量。
 
  通过深入而细致的研究,研究者认识到,独特的黑色二氧化锡新材料,不同于现有的二氧化锡,具有优异电子导电性和丰富氧空位的特征,诱导出纳米活性材料的还原反应具有各向同性,从而形成了一个热力学高度稳定的Sn和Li2O均匀分散的微观复合纳米结构,最终解决了循环过程中金属Sn团聚的科学难题。令人惊喜地发现,这个特殊的微观复合纳米结构,可以保证了金属锡在储能电化学反应中完全可逆氧化为二氧化锡(图1),这个现象和机理未见文献报道。基于新的储电机理,二氧化锡负极材料的理论容量,从原来的783 mA h/g提高到新机理的1494 mA h/g。研究者发明的黑色二氧化锡,为设计和合成其它新型电负极材料提供了一种新的思路,同时也极具高容量锂电负极材料的产业应用价值。

 

  如果此技术获得突破,那我们的健康果果甲醛检测仪待机时间也将获得绝大提升,我们会时刻关注此技术的进展情况。

 

  此文章由苏州国科芯感摘自材料网

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