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中化新網(wǎng)訊 近日，天津大學(xué)化工學(xué)院楊全紅教授領(lǐng)銜的研究團隊及其合作者將致密儲能的設(shè)計思想運用于鋰離子電池，在高致密微米硅碳負(fù)極材料構(gòu)建方面取得重要突破。
受植物細(xì)胞吸脫水過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的啟發(fā)，該團隊為微米硅顆粒設(shè)計了一種獨特的“金剛軟甲”碳包覆結(jié)構(gòu)。利用水脫出產(chǎn)生的毛細(xì)收縮力，石墨烯片層高度交聯(lián)并緊密地黏附在通過化學(xué)氣相沉積得到的碳?xì)け砻?，形成致密收縮的“金剛軟甲”結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了應(yīng)力釋放、電子傳輸網(wǎng)絡(luò)“一體化”。
同時，碳?xì)づc內(nèi)部的微米硅活性顆粒之間預(yù)留有合適的空隙，形成籠狀結(jié)構(gòu)。最終，內(nèi)部碳籠優(yōu)異的機械柔性，疊加外部緊密互連石墨烯片的可滑移、抗斷裂的“超韌”特性，可實現(xiàn)微米硅碳負(fù)極從實際制備到電化學(xué)循環(huán)、從單體顆粒到復(fù)合材料再到整體電極的全階段、多層次的“金剛不壞”，從而獲得微米硅碳電極在長期循環(huán)過程中長達(dá)1000周結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的密鑰。采用該工藝，該團隊制備得到鋰離子軟包電池的體積能量密度高達(dá)1048Wh/L。
該研究通過碳網(wǎng)絡(luò)的極限收縮獲得“金剛軟甲”結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了強韌碳緩沖結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，緩解了微米硅負(fù)極的嚴(yán)重應(yīng)力問題，同時完整穩(wěn)定的碳表面保護也減少了副反應(yīng)的發(fā)生，抑制了電解液消耗產(chǎn)熱引起的電池安全性問題。
基于微米硅負(fù)極的高效應(yīng)力管理，“金剛不壞”的設(shè)計思想將有力助推低成本、高致密的微米硅負(fù)極產(chǎn)業(yè)化進程，對于面向智能互聯(lián)時代的超高體積比能量鋰電池跨越其發(fā)展的“最后1公里”具有重要的現(xiàn)實意義。
