鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:697次 | 2021年08月12日
寧波材料所在高性能鋰離子電池負(fù)極材料范疇取得系列進(jìn)展
鋰離子電池與鉛酸、鎳鎘、鎳氫等電池相比,由于其較高的能量密度、較長(zhǎng)的使用壽命、較小的體積、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn),成為現(xiàn)今能源范疇研究的熱點(diǎn)之一。負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵組件之一,其作為鋰離子的受體,在充放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出。因此,負(fù)極材料的好壞筆直影響鋰離子電池的整體性能。目前,商用鋰離子電池負(fù)極材料廣泛使用石墨及改性石墨,但是其理論容量?jī)H為372mAh/g,大大制約了高能量動(dòng)力鋰電池的發(fā)展。
IV族元素(硅,鍺,錫)基負(fù)極材料由于其較高的理論容量(分別為3579mAh/g,1600mAh/g,994mAh/g)成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料范疇研究的熱點(diǎn)。然而,硅、鍺、錫基負(fù)極材料在充放電過(guò)程中存在體積膨脹較大的問(wèn)題,長(zhǎng)時(shí)間充放電會(huì)造成顆粒的粉化和活性物質(zhì)的脫落,從而影響鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
近年來(lái),我國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬新能源技術(shù)所研究員韓偉強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)鋰離子電池團(tuán)隊(duì),在高容量硅、鍺、錫基負(fù)極材料方面取得系列進(jìn)展。在高性能硅基負(fù)極材料方面,科研人員開發(fā)了一種低成本、高容量、高穩(wěn)定性的多孔硅基負(fù)極材料技術(shù)。通過(guò)對(duì)多孔硅進(jìn)行碳包覆,進(jìn)一步提高了鋰離子電池用硅基負(fù)極材料的性能。硅-碳復(fù)合電極材料在充放電循環(huán)300次以后,容量保持率在86.8%。相關(guān)研究已申請(qǐng)我國(guó)發(fā)明專利(201410150747.5,201410276413.2),研究結(jié)果以Communication形式發(fā)表在NanoEnergy(2015,11,490-499)上。
團(tuán)隊(duì)在前期工作的基礎(chǔ)上利用改進(jìn)多元醇的濕化學(xué)辦法,合成制備了系列新相MSn5(M=Fe,Co,Fe0.5Co0.5)合金納米負(fù)極材料。合成制備的FeSn5合金納米顆粒,當(dāng)其作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),理論容量為929mAhg-1,是報(bào)道的M-Sn(M為電化學(xué)惰性金屬)合金中理論比容量最高的材料??蒲腥藛T制備了系列粒徑范圍為30-50nm的Fe0.5Co0.5Sn5新相合金納米顆粒,該新相進(jìn)一步拓展了Co-Fe-Sn相圖。相關(guān)成果已經(jīng)申請(qǐng)了發(fā)明專利(2013104705134,201310706760X,2103715406A)。同時(shí),利用原位XAFS、原位XRD以及電化學(xué)探測(cè)辦法,對(duì)其充放電機(jī)理進(jìn)行了深入探討和闡釋。該系列錫基新相合金負(fù)極材料電化學(xué)機(jī)理的研究為團(tuán)隊(duì)后續(xù)開發(fā)高性能錫基負(fù)極材料供應(yīng)有效的理論指揮。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在JournalofMaterialsChemistryA(2015,3(13):7170-7178)和ACSAppl.Mater.Interfaces(2015,7,79127919)上。
團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)壽命鈦基負(fù)極材料的研發(fā)上也取得了進(jìn)展,申請(qǐng)發(fā)明專利一項(xiàng)(201310685139.X),相關(guān)結(jié)果發(fā)表在JournalofMaterialsChemistryA(2014(2),10599-10606)上。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
上述研究工作得到了浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、寧波市3315國(guó)際創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、我國(guó)博士后科學(xué)基金、浙江省博士后科研項(xiàng)目及寧波市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。