西安交大科研人員在鋰離子電池電極材料結構設計方面取得新進展
2018年05月16日 15:5 3640次瀏覽 來源： 新浪 分類： 鋰
電極材料在嵌/脫鋰過程中會伴隨著體積的膨脹/收縮，而這種體積效應往往會導致材料破碎失效。因此，電極材料在充放電循環(huán)過程中的結構穩(wěn)定性，對電池的容量、倍率以及循環(huán)壽命等性能有著至關重要的影響。
基于二氧化硅（SiO2）作為填料可以提高復合材料機械性能這一現(xiàn)象，西安交通大學電氣學院牛春明千人團隊王紅康老師課題組設計并成功制備了一種SiO2增強的多孔Sb/C纖維復合材料。利用靜電紡絲法將硅源（硅酸乙酯）、銻源（三氯化銻）和碳源（聚乙烯吡咯烷酮）制備成纖維結構，再通過熱處理一步形成了多孔碳纖維包覆SiO2和Sb納米顆粒的獨特結構。SiO2的引入大大增強了纖維的整體結構穩(wěn)定性。作為鋰離子電池負極材料，所得SiO2/Sb/C多孔纖維電極在半電池和全電池測試中均顯示了優(yōu)異的電化學性能。碳纖維不但提高了電極材料的導電性，而且其多孔結構有效消納了SiO2和Sb在嵌/脫鋰過程中體積變化。通過原位和非原位電鏡表征，進一步揭示了該材料在嵌/脫鋰過程中的結構穩(wěn)定性。該工作提出的電極材料結構增強思路，即利用SiO2增強效應（Silica-Reinforcement Effect）同步實現(xiàn)了電極結構穩(wěn)定性和儲鋰性能的雙提升，且該方法具有通用性（Materials Today Energy 2016, 1–2, 24-32；Nanoscale 2016, 8, 7595-7603）。
該研究成果以題為“Encapsulating Silica/Antimony into Porous Electrospun Carbon Nanofibers with Robust Structure Stability for High-Efficiency Lithium Storage”在線發(fā)表于納米領域國際權威期刊 ACS Nano（影響因子13.942）上。西安交通大學電氣學院為該論文第一完成單位，王紅康為論文的第一作者和通訊作者。合作者包括西安交通大學電信學院米少波教授、廈門大學張橋保教授和香港城市大學Andrey Rogach教授等。
研究工作得到了國家自然科學基金，西安交通大學“青年拔尖人才支持計劃”、唐仲英基金會、電氣學院青年教師支持計劃和電力設備電氣絕緣國家重點實驗室、西安交通大學分析測試共享中心的支持。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b09092
責任編輯：周大偉
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