“天冷了,多穿件衣服!”小時候母親總是千叮嚀萬囑咐。近年來,為達到提高電池穩(wěn)定性的目的,為氧化硅鋰電池負(fù)極材料加外衣提高電池壽命的研究也越來越多。最近,青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院王杰香港理工大學(xué)朱葉研究小組則在給氧化硅包裹一層碳外衣之后,再包一層碳納米顆粒增強型聚合物層,既保證了電極材料的導(dǎo)電性,又起到了緩沖氧化硅顆粒電池充放電過程引起的體積變化,有效提高了電池循環(huán)壽命。與以往碳包覆有著本質(zhì)區(qū)別,兩種碳層的制備都非常簡單,第一碳層為酚醛樹脂經(jīng)高溫轉(zhuǎn)化的包覆層,第二聚合物層為碳納米顆粒和吡咯單體共聚反應(yīng)形成的碳納米顆粒增強型聚合物層。

 

圖a為碳包覆合成示意圖,圖b為碳納米顆粒增強型聚合物層形成示意圖。
圖a為碳包覆合成示意圖,圖b為碳納米顆粒增強型聚合物層形成示意圖。

神奇的作用機制

更神奇的是研究小組以聚丙烯酸(PAA)作為粘結(jié)劑涂裝集流體時,聚吡咯和聚丙烯酸發(fā)生了交聯(lián)作用,對氧化硅顆粒的位置起到了限域作用,進一步提高了電池的穩(wěn)定性,機理如下:

PAA與包覆顆粒的交聯(lián)機制
PAA與包覆顆粒的交聯(lián)機制

通過半電池和全電池測試,證明兩步包覆和交聯(lián)過程對提高電池性能是非常有必要的。

圖a為半電池循環(huán)穩(wěn)定性測試,圖b為全電池循環(huán)壽命測試,圖c,d為循環(huán)前的掃描電鏡圖像,圖e,f為循環(huán)壽命后的掃描電鏡圖像。
圖a為半電池循環(huán)穩(wěn)定性測試,圖b為全電池循環(huán)壽命測試,圖c,d為循環(huán)前的掃描電鏡圖像,圖e,f為循環(huán)壽命后的掃描電鏡圖像。

 

論文的研究意義在于,通過簡單的兩步包覆和交聯(lián)作用有效提高鋰離子電池壽命,所用原材料價廉易得,對鋰離子電池負(fù)極材料的開發(fā)有著重要的啟示作用。

參考文獻:

Guo,J; Zhao, G; Xie, T; Dong, D; Ma, Chuanli; Su, L; Gong, L.; Lou X.; GuoX.; Wang J.; Zhu Y., Carbon/Polymer Bilayer-Coated Si-SiOxElectrodes with Enhanced Electrical Conductivity and Structural Stability. ACSApplied Materials & Interfaces, DOI: acsami.00c02445.

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