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自愈技术助力锂离子电池负极材料的发展

2017-05-16 145浏览 标签: 锂离子电池

2017年5月15日,美国伊利诺伊大学香槟分校的研究人员开发了一种将自愈技术应用于锂离子电池的方法,使其更可靠、更耐用。

该研究团队由材料科学与工程系教授Nancy Sottos和航空航天工程系教授Scott White领衔,通过在电池负极中添加硅纳米颗粒达到上述效果。

Scott White教授表示:“这项工作对于自修复材料的研究尤其新颖,因为它适用于储能材料领域。这完全是一种不同的目标,与恢复结构性能不同的是,我们正在修复电池储能的性能。”


锂离子电池负极由石墨颗粒复合材料构成,充电时间较长,随着时间的推移容量不可避免的会降低。Nancy Sottos表示:“硅材料具有非常高的容量,但是在充放电循环中会发生体积膨胀,造成材料的损坏。”

过去的研究发现,纳米态的硅负极不太可能发生结构的坍塌,但是却存在其他的问题。Scott White教授表示:“若干次充放电循环之后电池会失去容量,这是因为硅颗粒开始脱离粘合剂造成的。”为了解决这个问题该研究团队进一步完善了硅负极,通过可逆化学键在硅纳米颗粒和聚合物粘合剂的界面处实现了自愈过程。

Scott White教授表示:“这种动态重新粘合过程基本上将硅颗粒和聚合物粘合剂结合在一起,显著改善了电极的耐久性能。”研究人员对这种新技术进行了测试,结果显示电池在400次循环后仍能保持80%的初始容量。这些电池具有更高的能量密度,这意味着它们可以比相同尺寸的石墨负极存储更多的电力。

研究人员表示,未来的研究方向是将这种自愈技术与固态电池技术结合在一起。锂离子电池引起的火灾和爆炸案例正敦促着科学家朝这个方向前进。

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