2019年09月03日 | 日本大学制成新型复合薄膜电极有望实现容量更高的锂离子电池

2019-09-03

据外媒报道，日本丰桥技术科学大学（Toyohashi University of Technology）的研究人员通过气溶胶沉积技术，成功制备了一种用于锂离子电池的无粘结磷化锡（Sn4P3）/碳（C）复合薄膜电极。Sn4P3颗粒无需粘结剂，就可通过冲击固结直接凝固在金属基体上。锂离子在萃取过程中络合碳和可控电位窗口均提高了充放电循环稳定性，有利于打造容量更高的先进锂离子电池。

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（图片来源：日本丰桥技术科学大学官网）

锂离子电池已经广泛用作便携式电子设备的电源，由于可作为电动汽车和插电式混合动力汽车的电源，以及可作为可再生能源固定储能系统，最近引起了人们相当大的关注。为了提高其能量密度，就需要容量更高的阳极材料。尽管理论上看，锂-硅，锂-锡等锂合金的容量大大高于石墨的容量，也得到了广泛的研究，但是此类合金在电池充放电时，体积会发生极大的变化，因而循环稳定性差。

而磷化锡为层状结构，通常可用作锂离子电池的高容量合金阳极材料，平均工作电压为- 0.5 V。研究表明，将纳米结构的Sn4P3粒子与碳材料络合可显著提升锂离子电池的循环稳定性。一般来说，电池中的电极都是通过在金属箔上涂覆由电极活性材料、导电碳添加剂以及粘合剂组成的浆料而制成。而通过碳络合形成的Sn4P3（Sn4P3/C）阳极，由于使用了大量的导电添加剂和粘合剂以实现稳定循环，因而电极中活性物质的重量减少了约60%至70%。结果，每电极重量的重量比容（包括导电碳添加剂和粘合剂）显著降低。

日本丰桥技术科学大学电力电子信息工程学院的研究人员成功通过气溶胶沉积（AD）技术，制备了一种用于锂离子电池的无粘结磷化锡（Sn4P3）/碳（C）复合薄膜电极。在生产过程中，使用简单的球磨法，可将Sn4P3颗粒与乙炔炭黑络合，形成的Sn4P3/C颗粒会直接通过冲击固结凝固在金属基体上，无需添加任何导电添加剂或粘结剂。该方法可使合成物中Sn4P3的含量至80%以上。此外，还能够减少复合电极的结构变化，提高锂萃取反应中，络合碳和受控电位窗口的循环稳定性。采用AD工艺制备的Sn4P3/C复合薄膜在100、200和400次循环时，重量比容分别为730 mAh g-1、500 mAh g-1和400 mAh g-1。

本研究的结果将有助于实现容量更高的锂离子电池，此外，通过类似的合金反应和去合金化反应，不仅可从Sn4P3中存储和萃取锂，还能存储和萃取钠，因而可在钠离子电池中采用Sn4P3电极，实现成本更低的下一代钠离子电池。

锂离子电池薄膜电极

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