中國(guó)粉體網(wǎng)訊  英國(guó)沃里克大學(xué)的研究人員通過(guò)用石墨烯梁加強(qiáng)陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了一種有效的方法來(lái)用硅代替陽(yáng)極中的石墨，從而提高鋰離子電池的容量，并使壽命延長(zhǎng)一倍以上。

華威制造集團(tuán)的研究人員在用硅樹脂取代鋰離子電池陽(yáng)極上取得了重大進(jìn)展。

通過(guò)添加石墨烯梁，科學(xué)家們成功地克服了硅固有的性能問(wèn)題，硅是地殼中含量第二大的元素，其重量能量密度是石墨的10倍，因此提高了電池的容量，并延長(zhǎng)了其壽命兩倍以上。

在典型的鋰離子電池中，硅的容量會(huì)衰減。由于硅粒子在鋰化過(guò)程中體積會(huì)膨脹，所以隨著時(shí)間的推移，硅粒子會(huì)以電化學(xué)的方式團(tuán)聚，從而阻礙進(jìn)一步的充放電效率。

由于硅在本質(zhì)上沒有足夠的彈性來(lái)應(yīng)對(duì)反復(fù)充電時(shí)的固化應(yīng)變，這可能會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極復(fù)合微觀結(jié)構(gòu)的開裂、粉碎和快速物理降解。

然而，英國(guó)華威大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的陽(yáng)極混合物，可以在工業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)，而不需要求助于硅的納米尺寸及其相關(guān)問(wèn)題。

分離和操縱幾層相連的石墨烯，使研究人員獲得了少層石墨烯（FLG）材料。

根據(jù)發(fā)表在《自然科學(xué)報(bào)告》上的題為《硅-少層石墨烯復(fù)合電極系統(tǒng)的相相關(guān)阻抗研究》的研究，當(dāng)將FLG材料用于陽(yáng)極時(shí)，可以顯著提高較大微米級(jí)硅顆粒的性能。

因此，研究人員創(chuàng)造了由60%的硅微粒、16%的FLG、14%的鈉/聚丙烯酸和10%的碳添加劑混合的陽(yáng)極，然后檢查超過(guò)100次充放電循環(huán)的性能（以及材料結(jié)構(gòu)的變化）。

梅蘭妮·洛夫里奇博士（Melanie Loveridge博士）是該大學(xué)WMG的高級(jí)研究員，他注意到FLG薄片提高了材料的彈性和拉伸性能，從而大大降低了鋰在鋰化過(guò)程中因物理膨脹而造成的損害。 Warwick的研究人員說(shuō)：“更重要的是，這些FLG薄片在保持硅顆粒之間的分離度方面也非常有效。每個(gè)電池充電周期都會(huì)增加硅顆粒之間發(fā)生電化學(xué)焊接的機(jī)會(huì)。

這種增加的團(tuán)聚作用逐漸減少并限制了電解液進(jìn)入電池中所有顆粒的通道，并阻礙了鋰離子的有效擴(kuò)散，這當(dāng)然會(huì)降低電池的壽命和功率輸出。在WMG華威大學(xué)測(cè)試的混合物中，F(xiàn)LG的存在使研究人員假設(shè)這種現(xiàn)象在減輕電化學(xué)硅聚變方面非常有效。

進(jìn)一步研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始工作這一成就一個(gè)為期兩年的項(xiàng)目的一部分由瓦爾塔宏，與橋大學(xué)，中投，Lithops和IIT（意大利理工學(xué)院）一起對(duì)硅/石墨烯進(jìn)行工業(yè)化前生產(chǎn)的這一成就項(xiàng)目的進(jìn)一步工作。復(fù)合材料并加工成用于高能量和高功率應(yīng)用的鋰離子電池。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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