【成果簡介】

南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院朱嘉教授課題組應(yīng)邀在AdvancedEnergyMaterials上發(fā)表進(jìn)展報告“ChallengesandrecentprogressinthedevelopmentofSianodesforlithium-ionbattery”(DOI:10.1002/aenm.201700715)，對于近年來備受關(guān)注的鋰離子電池硅負(fù)極進(jìn)行了總結(jié)與展望。

【研究內(nèi)容】

圖1鋰離子電池硅基陽極的概述

a-c)基本挑戰(zhàn)

d-f)面向商業(yè)化的挑戰(zhàn)和最近進(jìn)展

圖2硅陽極基本問題的解決方案

a)硅納米線示意圖

b)硅納米顆粒尺寸依賴性斷裂

【研究內(nèi)容】

隨著電子便攜設(shè)備及電動汽車的快速發(fā)展需求，研究并開發(fā)高性能的鋰離子電池尤為關(guān)鍵。鋰離子電池硅負(fù)極被認(rèn)為是下一代最理想的負(fù)極材料之一，由于其巨大的儲量和超高的理論比容量(4200mAh/g，相當(dāng)于現(xiàn)在商業(yè)化石墨負(fù)極的十倍)，成為了科技界、產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

該進(jìn)展報告首先介紹了硅負(fù)極的基本問題和解決方案，然后著重總結(jié)了硅負(fù)極應(yīng)對商業(yè)化還需要解決的難題以及近年來的進(jìn)展，主要包括首圈庫倫效率，振實(shí)密度和材料成本三個方面，最后在全電池性能和能量密度方面對將來的工作進(jìn)行了展望。納米結(jié)構(gòu)的硅負(fù)極解決了硅嵌鋰時體積膨脹而引發(fā)的材料粉碎和不穩(wěn)定的SEI的問題，提高了電化學(xué)循環(huán)性能。但是納米結(jié)構(gòu)的高比表面積導(dǎo)致首圈庫倫效率低，振實(shí)密度和面積比容量低，同時納米結(jié)構(gòu)的制備工藝復(fù)雜，成本高，這些因素嚴(yán)重影響了硅負(fù)極的商業(yè)化。該文從二次結(jié)構(gòu)設(shè)計，預(yù)嵌鋰和電解液添加劑三個方面總結(jié)了首圈庫倫效率方面的進(jìn)展，從微米結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)電粘結(jié)劑方面總結(jié)了振實(shí)密度以及面積比容量的提高，從低純度硅和自然界硅源來降低材料成本。最后在全電池性能和能量密度方面對將來的工作進(jìn)行了展望。