碳纳米管为硅阳极应用铺平道路开辟锂离子电池材料新领域

2020-04-08 17:05

据外媒报道，美国科学家已经开发出一种碳纳米管来制造带有硅阳极的锂离子电池。该设备在1500次循环后的容量保持率优于87％。研究人员说，他们的发现克服了将硅用作阳极的许多障碍，开拓了锂离子电池中电极材料的使用。

二级离子质谱仪使PNNL的科学家能够在分子水平上观察锂离子电池

外媒介绍，美国太平洋西北国家实验室（PNNL）的科学家使用碳纳米管来克服开发锂离子电池硅阳极所固有的一些问题。

实验得出，如果用硅阳极替代当今广泛应用于商业电池中的石墨阳极，则有可能显着提高电池的能量密度。

然而，硅也存在问题，当它与锂形成合金时，它会大幅度膨胀，有时膨胀高达400％，其膨胀会导致一系列性能的下降。

尽管今年美国莱斯大学的科学家证明了使用多孔硅的方法能够解决问题，但由此产生的阳极缺乏机械强度，因此必须将其容量限制在远低于最大电势（尽管仍远高于石墨）的水平，以最小化电极上的应力。

PNNL小组转而使用碳纳米管并将其用于硅阳极。利用铝热还原技术，研究小组制备了碳纳米管硅微球，这种小而圆的颗粒能够吸收硅颗粒的膨胀，将其限制在全锂化的30％左右。阳极还表现出优异的机械强度，能够承受200兆帕的压力。

研究人员根据碳纳米管这一概念制造了几种硅电极设计，并以论文《具有非凡机械强度的分级多孔硅结构如高性能锂离子电池阳极》发表在了《自然通讯》上。

研究小组认为，基于碳纳米管－硅的分级多孔纳米结构为下一代电池的实际应用带来了巨大的希望，下一步将研究可扩展的电池生产方法，比如利用喷雾干燥和机械冷凝。

微锂电团队分析，纳米结构的电池材料和电极的合理设计，将为电池材料的设计开辟新的领域。

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