西安交大研發(fā)出高庫(kù)倫效率的硅負(fù)極鋰電池

　　鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備，電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能領(lǐng)域，但受制于正負(fù)極活性物質(zhì)的比容量，目前商業(yè)化的鋰離子電池只用于低階電源需求。硅被認(rèn)為有望成為下一代鋰離子電池大容量負(fù)極材料，其理論比容量達(dá)4200 mAh/g，是傳統(tǒng)石墨負(fù)極的十倍以上（340 mAh/g）。然而，硅負(fù)極在充放電過(guò)程中，體積變化超過(guò)300%，導(dǎo)致活性物質(zhì)脫離集流體失去活性，以及不穩(wěn)定固體電解質(zhì)界面（Solid electrolyte interface）SEI的產(chǎn)生，使得硅負(fù)極庫(kù)倫效率低，影響其在全電池中的使用。

　　近日，西安交大電氣學(xué)院電力設(shè)備與電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭曉泉教授課題組與美國(guó)斯坦福大學(xué)材料學(xué)院崔屹教授和麻省理工學(xué)院核工系李巨教授課題組共同合作，制備出具有高壓實(shí)密度的Si@TiO2結(jié)構(gòu)硅負(fù)極全電池，實(shí)現(xiàn)了較傳統(tǒng)石墨負(fù)極2倍的體積比容量（1100 mAh/cm3）和2倍的質(zhì)量比容量（762 mAh/g）。課題組博士生金陽(yáng)采用一種特殊方法在納米硅負(fù)極外表面包覆一層人工的二氧化鈦納米層，合成出高機(jī)械強(qiáng)度的Si@TiO2yolk-shell結(jié)構(gòu)負(fù)極。原位TEM力學(xué)測(cè)試顯示，其二氧化鈦外殼的機(jī)械強(qiáng)度是無(wú)定形碳的5倍。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該Si@TiO2電極片可以承受高強(qiáng)度的輥壓力以提高電極片壓實(shí)密度，并且通過(guò)SEI的自修復(fù)，使Si的外表面形成一層致密的人工SEI+自然SEI，可以使穩(wěn)定的庫(kù)倫效率達(dá)到99.9%以上，滿足工業(yè)化的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，將有效的推動(dòng)硅主體負(fù)極在電池工業(yè)中的商業(yè)應(yīng)用。

　　該研究成果以論文形式于2017年1月6日發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)能源類著名期刊Energy & Environmental Science（影響因子25.427）上，論文題目為“Self-healing SEI enables full-cell cycling of a silicon-majority anode with a coulombic efficiency exceeding 99.9%”其中金陽(yáng)為論文第一作者，西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文第一單位。參與該課題的主要研究人員還有同濟(jì)大學(xué)材料學(xué)院的李灑博士和麻省理工學(xué)院核工系的Akihiro Kushima博士。