鋰離子電池硅負極技術研究總結與展望

【成果簡介】

南京大學現代工程與應用科學學院朱嘉教授課題組應邀在Advanced Energy Materials上發(fā)表進展報告 “Challenges and recent progress in the development of Si anodes for lithium-ion battery” (DOI: 10.1002/aenm.201700715)，對于近年來備受關注的鋰離子電池硅負極進行了總結與展望。

【研究內容】

圖1 鋰離子電池硅基陽極的概述

a-c）基本挑戰(zhàn)

d-f）面向商業(yè)化的挑戰(zhàn)和最近進展

圖2 硅陽極基本問題的解決方案

a）硅納米線示意圖

b）硅納米顆粒尺寸依賴性斷裂

【研究內容】

隨著電子便攜設備及電動汽車的快速發(fā)展需求，研究并開發(fā)高性能的鋰離子電池尤為關鍵。鋰離子電池硅負極被認為是下一代最理想的負極材料之一，由于其巨大的儲量和超高的理論比容量（4200 mAh/g，相當于現在商業(yè)化石墨負極的十倍），成為了科技界、產業(yè)界關注的焦點之一。

該進展報告首先介紹了硅負極的基本問題和解決方案，然后著重總結了硅負極應對商業(yè)化還需要解決的難題以及近年來的進展，主要包括首圈庫倫效率，振實密度和材料成本三個方面，最后在全電池性能和能量密度方面對將來的工作進行了展望。納米結構的硅負極解決了硅嵌鋰時體積膨脹而引發(fā)的材料粉碎和不穩(wěn)定的SEI的問題，提高了電化學循環(huán)性能。但是納米結構的高比表面積導致首圈庫倫效率低，振實密度和面積比容量低，同時納米結構的制備工藝復雜，成本高，這些因素嚴重影響了硅負極的商業(yè)化。該文從二次結構設計，預嵌鋰和電解液添加劑三個方面總結了首圈庫倫效率方面的進展，從微米結構設計，導電粘結劑方面總結了振實密度以及面積比容量的提高，從低純度硅和自然界硅源來降低材料成本。最后在全電池性能和能量密度方面對將來的工作進行了展望。