鋰離子電池負極性能提升助力山西低碳發展

科學導報訊 記者耿倩 4月2日，記者從山西煤炭化學研究所獲悉，該所宋燕研究員及其帶領的科研團隊，通過對碳基及硅基負極材料進行結構設計，有效構筑了一系列電極材料，實現了材料比容量、循環穩定性和倍率性能的顯著提升。此成果對鋰離子電池實現環保而高效的能量存儲及轉化方式有著積極作用。項目得到了國家自然科學—山西省低碳聯合重點基金以及山西省自然科學基金的支持。

在加速能源使用形式由化石能源向清潔能源轉變的戰略背景下，鋰離子電池（LIB）憑借其高能量密度、高功率、長循環壽命、較高的工作電壓、放電平穩、寬工作溫度范圍、無記憶效應和安全性能較好等綜合優勢，在實現環保而高效的能量存儲及轉化方式方面顯得尤為重要。作為鋰離子電池的重要組成部分，負極自身的性能直接影響著整個電池體系的性能。

基于商業負極材料石墨在結構以及容量方面的局限性，山西煤化所科研團隊進行了多方嘗試。他們以天然石墨鱗片以及瀝青焦炭為原料，通過熱壓燒結的方式制備了石墨碳與多孔納米碳共存的鎳摻雜中空納米碳負極材料。又以瀝青為原料通過加壓縮聚的方式制備了類石墨片層碳，此材料作為負極材料時不僅具備石墨的強穩定性，其容量值也得到了提升。針對硅基負極材料循環穩定性差的特性，團隊又利用靜電作用在硅納米顆粒表面吸附陽離子表面活性劑來實現核殼雙層保護，減弱并限制硅膨脹時應力對材料結構造成的破壞。為進一步調控硅基雙包覆結構的性能，團隊還采用硬模板法引入空腔來緩和硅的體積變化，實現提高容量以及循環穩定性雙層目標。此外，團隊還制備了膨脹石墨與硅的復合電極，使硅納米顆粒與石墨片層之間形成典型的三明治結構，改善了材料的電子傳導特性。