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日期:2019-03-20 阅读次数:206
 
喜讯!纳米学院锂电硅负极研究取得重要成果并在ACS nano(影响因子13+)上发表

   近日,纳米学院博士生张慧关于锂电硅负极研究取得重要成果,并以“Copper particles decoration on carbon matrix: enhancing the performance of Si as anode material for li-ion batteries”为题目、张慧为第一作者,纳米学院为第一完成单位在国际知名杂志ACS nano(影响因子:13.709)上发表该研究内容。

    ACS Nano是化学和材料科学领域的顶级期刊之一,在国际上拥有广泛的影响力,其收录的文章主要分布在纳米科学与技术领域,对研究的原创性、结构的新颖性等有着极为严格的要求。

    锂离子电池硅电极由于具有其它负极材料无法匹敌的比容量而成为科学界与工业界研究的热点。然而,在充放电过程中,由于硅电极在脱嵌锂过程中300~400%的体积变化以及导电性低等缺点而限制了硅的实际应用。因此,若能够采用简单有效的方法,设计并制备出符合业界应用条件的硅电极,便能够推动锂离子电池的变革。


   该成果为纳米学院与西安交通大学材料学院表面室马飞教授团队合作研发,通过采用原位可控凝胶化过程的方法,设计并制备了Cu导电添加剂及碳管增强的多层硅碳复合结构。多层结构和CNTs增韧碳基体可以有效地释放硅由于体积变化而引起的应力,导电添加剂Cu的引入进一步提升了材料的导电性。Si@C@Cu在大电流1A·g-1的电流密度下,经过900次循环后比容量达到1500 mAh·g-1;在4A·g-1下循环,显示出1035mAh·g-1的比容量,说明电极材料在硅颗粒巨大体积变化过程中能保持优异的的结构稳定性。此外,Si@C@Cu的Li +扩散系数在10-11至10-9cm-2·s-1的范围内,高于多数报道数据(10-13-10-16 cm-2·s-1),显示了该电极材料在快速充电应用上的巨大潜力。该研究通过微观结构设计成功的解决了硅电极体积效应这一瓶颈问题,为新一代锂离子硅负极的研究和开发提供一定理论参考与经验借鉴。

供稿:纳米科学与工程技术学院

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