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用于锂电池负极的复合材料的开发研究

作者:    来源:    发布时间:2019-11-08 11:37    浏览量:

目前商业化负极材料使用的均为碳材料,包括石墨化碳材料如石墨化中间相碳微珠以及一些热解硬碳。目前这些碳材料的实际比容量一般不超过400mA·h/g,虽然比目前使用的大部分正极材料的比容量(一般为120~180mA·h/g)都高,但由于碳材料的振实密度低,加上一般负极集流体使用重的铜箔而正极使用较轻的铝箔,所以正极材料实际的体积比容量正极反而要高于负极;因此要进一步提高的比能量,提高负极材料的嵌锂性能是研发的关键。而且随着电子产品的日益普及,对高比能量电池的需要越来越高。

目前,单独的某种材料都不能完全满足有关需要。碳材料虽然有很好的循环性能,但比容量低;比容量高的碳材料的其他电化学性能又受到损害。合金材料具有很高的比能量,但由于在嵌锂过程中体积膨胀大,材料的循环性能远远满足不了要求。锡基复合氧化物具有很好的循环特性,但首次不可逆容量损失一直没办法解决。这样看来,综合各种材料的优点,有目的地将各种材料复合,避免各自存在的不足,形成复合负极材料是一个合理的选择,目前复合材料的研究已经取得了一定的效果。

针对材料的首次不可逆容量损失,有人提出利用含锂的过渡金属氮化物进行补偿,以及采用锂和氧化锡反应来解决氧化锡材料首次不可逆容量损失。

针对合金材料的循环性差的问题,有人提出将一种活性材料分散在另一种非活性材料中形成复合材料的设想。这种努力包括Thackeray等提出的利用过量的铜形成的惰性网格来提高铜锡合金的电化学循环性。HisashiTamai等则利用有机锡制备了纳米尺度的锡分散在碳网格中的复合材料来提高材料的循环性。如利用球磨制备了石墨锡复合物;研究了导电/金属合金组成的复合材料;利用CVD方法在硅颗粒表面包覆碳,发现经过表面包覆后硅的电化学循环性有很大的提高,在循环多次后硅颗粒没有破碎;制备了导电聚合物和锂合金复合电极等。这些均在一定程度上明显改善和提高了合金材料的电化学循环性。

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