2019-07-31 23:44:01
跳向用于锂离子电池的坚固的无粘合剂金属磷化物电极

跳向用于锂离子电池的坚固的无粘合剂金属磷化物电极.jpg

丰桥技术大学的研究人员通过气溶胶沉积成功地制造了用于锂离子电池的无粘结剂磷化锡(Sn4P3)/碳(C)复合薄膜电极。通过冲击固结将Sn4P3 / C颗粒直接固化在金属基材上,而不使用粘合剂。通过复合碳和用于锂提取的受控电势窗改善了充电和放电循环稳定性。这一发现有助于实现更高容量的先进锂离子电池。

锂离子(Li-ion)电池广泛用作便携式电子设备中的电源。它们最近引起了相当大的关注,因为它们有可能被大规模用作电动汽车和插电式混合动力电动汽车的动力源,以及作为可再生能源的固定式能量存储系统。为了实现具有更高能量密度的先进锂离子电池,需要具有更高容量的阳极材料。虽然Li-Si和Li-Sn等一些Li合金的理论容量远高于石墨(理论重量容量= 372 mAh / g),但已经进行了广泛的研究,但它们通常会导致循环稳定性差。充电和放电反应过程中体积变化很大。

具有层状结构的磷化锡(Sn4P3,理论重量容量= 1255mAh / g)通常用作锂离子电池的高容量合金基阳极材料,其平均操作电位为-0.5V vs.Li/李+。报告表明,用纳米结构的Sn4P3颗粒络合碳材料显着提高了循环稳定性。通常,电池中使用的电极通过在金属箔上涂覆包含电极活性材料,导电碳添加剂和粘合剂的浆料来制造。对于碳络合的Sn4P3(Sn4P3 / C)阳极(如文献中报道的那样),由于使用了大量的导电添加剂和粘合剂,电极中活性材料的重量分数降低了约60-70%。实现稳定的骑行。因此,每个电极重量的重量比容量(包括导电碳添加剂和粘合剂的重量比)显着降低。

丰桥技术大学电气与电子信息工程系的研究人员通过气溶胶沉积(AD)成功地制造了用于锂离子电池阳极的无粘合剂Sn4P3 / C复合薄膜电极。在此过程中,使用简单的球磨方法将Sn4P3颗粒与乙炔黑复合;然后通过冲击固结将获得的Sn4P3 / C颗粒直接固化在金属基材上,而不添加任何其他导电添加剂或粘合剂。该方法能够将复合材料中Sn4P3的比例提高到80%以上。此外,复合碳的结构变化减小,并且对于锂提取反应的复合碳和受控电势窗都提高了循环稳定性。通过AD工艺制造的Sn4P3 / C复合膜分别在第100,200和400次循环时保持约730mAh g-1,500mAh g-1和400mAh g-1的重量容量。

引用第一作者Toki Moritaka说:“尽管优化沉积条件是困难的,但是获得了有关提高由AD工艺制造的Sn4P3 / C复合薄膜电极的循环稳定性的有用信息。复合碳不仅起到了作用的作用。抑制由Sn4P3体积变化引起的电极坍塌的缓冲剂,也作为复合材料中雾化活性材料颗粒之间的电子传导路径。

“这个过程是增加每个电极重量的容量值的有效手段。我们相信,通过AD工艺在复合薄膜制造中使用的Sn4P3 / C中碳的尺寸和含量,可以改善电化学性能。目前正试图优化复合碳含量并增加复合膜厚度,“副教授Ryoji Inada表示。

这项研究的结果可能有助于实现更高容量的先进锂离子电池。此外,由于不仅可以通过类似的合金化和脱合金反应将Li和Na储存在Sn4P3中并从中提取,因此Sn4P3电极可以以低得多的成本用于下一代Na离子电池。

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