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海帶提純物有利于提升鋰離子電池負極容量

鉅大LARGE  |  點擊量:577次  |  2022年03月25日  

美國喬治亞技術學院與克萊姆森大學的研究人員表示,如果采用蘇打水煮沸海帶提取的一種聚合物——藻朊酸鹽用于制備鋰離子電池負極材料,即使與目前的正極材料組合,也可使鋰電池容量提高30%到40%。


鋰離子電池不用時的能量是儲存在負極中的,以鋰離子積存量多少來表現鋰電池容量的大小,當鋰電池工作(放電)時,鋰離子就穿過電解質到達正極,積累鋰離子的負極現在普遍采用石墨粉末作為活性物質,在負極制備過程中,將這種石墨粉末與一種聚合物粘結劑混合在一起,然后溶解在稱為甲基吡咯烷酮的溶劑中,再把這種聚合物溶液涂敷到銅箔或鋁箔上晾干,這種銅箔或鋁箔就充當負極的集流體以收集電流。至此,負極便制備成功,在這個過程中使用的聚合物粘結劑通常是聚偏二氟乙烯。


石墨粉末作負極的活性物質雖然是目前最成熟的工藝路線,但并不是儲能最高的。科學家早就發現,如果用硅取代石墨的話,則鋰離子電池單元儲存能量可高達10倍,因為,如果用硅粒子代替石墨粉末作活性物質,那么,這種電池負極就可以容納更多的鋰離子,也就是說儲存更多容量。但是,這種硅負極的缺點是,當給鋰電池充電,也就是鋰離子恰恰是從正極向負極遷移時,硅離子會發生膨脹,體積增大三倍。這樣就會導致與其混合在一起的聚合物粘結劑——聚偏二氟乙烯開裂,從而最終破壞鋰電池負極結構,使電池報廢。


美國科學家發現了一種便宜的聚合物粘結劑,就是我們在文章開頭提到的藻朊酸鹽,它具有均勻的結構,這是保證粘結劑不開裂的必要條件,經過試驗,用藻朊酸鹽代替聚偏二氟乙烯,在硅負極膨脹的情況下,這種新型粘結劑既能夠提供良好的支撐作用,同時又不與電解質發生化學反應。


用藻朊酸鹽作粘結劑在工藝上可以節約制造成本。因為,藻朊酸鹽可以溶解在水中,而不必象聚偏二氟乙烯作粘結劑,水替代甲基吡咯烷酮作粘結劑,完全可以改善現有鋰電池負極的容量,帶來更多的充放電循環周期,延長電池壽命。

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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

當然,單純負極的改造并不能實現鋰電池理論上的10倍容量,這需要有正極材料相匹配。但即使采用目前的正極材料,這種采用藻朊酸鹽負極的鋰電池也可提高30%以上的容量,當然,這個結論目前還停留在實驗室階段。


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