科學(xué)導(dǎo)報(bào)訊 記者耿倩 4月2日，記者從山西煤炭化學(xué)研究所獲悉，該所宋燕研究員及其帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，通過對(duì)碳基及硅基負(fù)極材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效構(gòu)筑了一系列電極材料，實(shí)現(xiàn)了材料比容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能的顯著提升。此成果對(duì)鋰離子電池實(shí)現(xiàn)環(huán)保而高效的能量存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)化方式有著積極作用。項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)—山西省低碳聯(lián)合重點(diǎn)基金以及山西省自然科學(xué)基金的支持。

在加速能源使用形式由化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略背景下，鋰離子電池（LIB）憑借其高能量密度、高功率、長循環(huán)壽命、較高的工作電壓、放電平穩(wěn)、寬工作溫度范圍、無記憶效應(yīng)和安全性能較好等綜合優(yōu)勢(shì)，在實(shí)現(xiàn)環(huán)保而高效的能量存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)化方式方面顯得尤為重要。作為鋰離子電池的重要組成部分，負(fù)極自身的性能直接影響著整個(gè)電池體系的性能。

基于商業(yè)負(fù)極材料石墨在結(jié)構(gòu)以及容量方面的局限性，山西煤化所科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多方嘗試。他們以天然石墨鱗片以及瀝青焦炭為原料，通過熱壓燒結(jié)的方式制備了石墨碳與多孔納米碳共存的鎳摻雜中空納米碳負(fù)極材料。又以瀝青為原料通過加壓縮聚的方式制備了類石墨片層碳，此材料作為負(fù)極材料時(shí)不僅具備石墨的強(qiáng)穩(wěn)定性，其容量值也得到了提升。針對(duì)硅基負(fù)極材料循環(huán)穩(wěn)定性差的特性，團(tuán)隊(duì)又利用靜電作用在硅納米顆粒表面吸附陽離子表面活性劑來實(shí)現(xiàn)核殼雙層保護(hù)，減弱并限制硅膨脹時(shí)應(yīng)力對(duì)材料結(jié)構(gòu)造成的破壞。為進(jìn)一步調(diào)控硅基雙包覆結(jié)構(gòu)的性能，團(tuán)隊(duì)還采用硬模板法引入空腔來緩和硅的體積變化，實(shí)現(xiàn)提高容量以及循環(huán)穩(wěn)定性雙層目標(biāo)。此外，團(tuán)隊(duì)還制備了膨脹石墨與硅的復(fù)合電極，使硅納米顆粒與石墨片層之間形成典型的三明治結(jié)構(gòu)，改善了材料的電子傳導(dǎo)特性。