近日,上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院楊軍教授研究團隊在Cell Press旗下的能源領(lǐng)域新刊Joule發(fā)表了題為“Silicon Microparticle Anodes with Self-Healing Multiple Network Binder”的文章,文中所設(shè)計的多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并帶有自愈合功能的水系粘結(jié)劑(PAA-P(HEA-co-DMA))可以有效緩解微米硅電極在充放電過程中由于活性物質(zhì)的體積變化引起的顆粒粉化和電子導(dǎo)電缺失現(xiàn)象,進而獲得性能優(yōu)異的硅基負極。
硅具有很高的理論比容量和較低的氧化還原電極電勢,被認為是下一代高能量密度鋰離子
電池最具潛力的負極材料之一。然而,它在循環(huán)過程中嚴(yán)重的體積變化,使電極結(jié)構(gòu)松動和電子導(dǎo)電變差,并不斷破壞電極表面的SEI膜和消耗電解液,從而降低了
電池的循環(huán)效率和使用壽命。為了解決這些問題,許多先前的研究工作大多集中在設(shè)計不同結(jié)構(gòu)的硅材料,如多孔化,納米化以及多層復(fù)合,以降低活性相的體積效應(yīng),從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。然而,這些策略很難甚至不可能實現(xiàn)硅材料的廉價以及大規(guī)模生產(chǎn)。
該論文從粘結(jié)劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā),合成了一種軟-硬并舉的具有多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型粘結(jié)劑,該聚合物具有一定的自愈合能力和優(yōu)異的拉伸性能,可以有效地緩沖由于微米硅顆粒的體積變化而引起的應(yīng)變,抑制硅顆粒在循環(huán)過程中的粉化,使微米級硅顆粒電極的電化學(xué)性能得到顯著改善。在5A/g的大電流下比容量仍有約1850 mAh/g,并具有優(yōu)異的電化學(xué)可逆性。此外,該粘結(jié)劑也適用于微米氧化硅負極材料,可在9 mAh/cm2的高面積容量下可逆循環(huán)。該研究結(jié)果對發(fā)展具有強體積效應(yīng)的高容量電極具有重要的參考價值。
該研究工作得到科技部973計劃(2014CB932303)和國家自然科學(xué)基金(21773154)的支持。
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