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    行業新進展:北大在鋰電池負極研究取得新的成果
    發布時間:2017-05-02 17:41:55  來源:鉅大電子鋰電池事業部

    鋰離子電池,以容量、安全性、穩定性的儲能優勢成為了人們日常生活中必不可少的組成部分,已經被廣泛應用到很多二次電源系統中去,比如微型便攜式電子產品、電動汽車和電網調峰等。
    然而,從上世界九十年代鋰電池被大規模應用以來,其容量并沒有顯著的提升,伴隨著現在智能手機要求的待機時間長、電動汽車要求跑得更遠、電網調峰要求的儲電量大,鋰離子電池似乎顯得無力,其根本原因在于鋰電池的電極材料容量難以突破限制。舉個例子,商用負極材料只能采用理論容量為372 mA h/g的低比容量碳基材料。盡管研究發現,Si、Ge、Sn等單質作為負極具有很高的比容量,但由于在多次使用后的容量快速衰減,使其難以實際應用。近年來,二氧化錫(SnO2)負極材料具有優越的循環性能而受到極大關注,其理論容量(783 mA h/g)已經達到了石墨負極的兩倍。然而,現有SnO2和單質負極材料都在鋰離子電池電化學過程中無法克服體積膨脹的應用瓶頸,循環穩定性難以滿足應用需求。因此,如何開發新的高循環穩定性/高容量的SnO2基鋰電負極材料具有重要意義。
    不久前,由北京大學化學與分子工程學院新能源材料與器件課題組與中國科學院硅酸鹽研究所、美國賓夕法尼亞大學以及北京工業大學等聯合研究,發明了一種基于獨創制備技術的黑色二氧化錫納米材料,該材料作為鋰電負極具有1340 mA h/g的可逆容量,遠優于SnO2的理論容量極限(783 mA h/g)。該材料該材料與石墨烯復合后更顯示出極其優越的循環穩定性和倍率性能,在0.2 A/g電流密度下循環100圈之后容量不衰減,保持950 mA h/g的容量;在2 A/g的大電流下保持具有700 mA h/g的容量。
    而且,通過細致的研究,發現 獨特的黑色二氧化錫新材料不同于現有的二氧化錫,它具有優異電子導電性和豐富氧空位的特征,誘導出納米活性材料的還原反應具有各向同性,從而形成了一個熱力學高度穩定的Sn和Li2O均勻分散的微觀復合納米結構,最終解決了循環過程中金屬Sn團聚的科學難題。同時,研究人員還有一個意外發現,這個特殊的微觀復合納米結構可以保證金屬錫在儲能電化學反應中完全可逆氧化為二氧化錫(圖),這個現象和機理尚未在其他文獻中見到過?;谛碌膬﹄姍C理,二氧化錫負極材料的理論容量從原來的783 mA h/g提高到新機理的1494 mA h/g。研究者發明的黑色二氧化錫為設計和合成其它新型電負極材料提供了一種新的思路,同時也極具高容量鋰電負極材料的產業應用價值。

    圖為高導電黑色二氧化錫電極反應、電池循環性能以及循環后二氧化錫顆粒元素分布
    該成果的發現,為中國鋰電行業迎來了新的挑戰。技術在不斷的進步,社會在不斷的發展,對于鋰電池的研究也在不斷的進步。新機理引發出高容量,希望我國的鋰電池行業慢慢成長壯大。


    行業新進展:北大在鋰電池負極研究取得新的成果



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