鉅大LARGE | 點擊量：464次 | 2024年02月27日
中科院教授巧用蘆葦研發出鋰離子電池負極制備方法
近日，中科院能量轉換材料重點實驗室、中國科學技術大學化學與材料學院材料系余彥教授課題組與德國馬普固體研究所合作的科研團隊發明了一種用蘆葦制成鋰離子電池三維硅負極材料的制備方法，打破了此前僅能用復雜的化學步驟合成硅的技術難關，為未來開發出新一代鋰離子電池提供了更多可能。
當前的鋰離子電池主要以石墨及改性石墨為負極材料，但其372毫安時/克的理論容量難以滿足電動車的長里程需求。相比之下，擁有較高的理論容量（4200毫安時/克）的硅基負極材料成為下一代鋰離子電池負極材料領域研究的熱點。此次余彥教授課題組創新地采用了蘆葦作為制備的原材料，不僅簡化了工藝，而且降低了成本。
該方法主要基于鎂熱還原，從天然蘆葦葉上還原出密集的三維多孔氧化硅（SiO2）。蘆葦葉作為骨架，在其上產生的副產物氧化鎂（MgO）作為孔的雛形。
據研究者介紹，和當前的一些制備納米結構硅基負極的方法相比，此種基于蘆葦的制法包括以下優勢：
1、蘆葦葉為可再生材料；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2、還原產生的硅保持了原油蘆葦葉中的三維納米結構，這種結構十分有利于提升負極性能（因為它可以減緩負極得粉末化）；
3、方法簡單易行；
4、無需使用昂貴的硅起始原料或反應試劑
用此方法制備負極時，蘆葦葉中原有的硅酸鹽的拓撲結構神奇地得到了保持，在一系列物理化學處理規程中沒有受到分毫的破壞。在對干蘆葦葉純化的過程中，其內部的三維結構僅會收縮，中孔網絡能夠保持完好，哪怕是之后的碳化過程都不會改變它。
據科研團隊中的劉俊（音譯）介紹，鎂熱還原有兩個優勢。第一，它能夠保持蘆葦葉中原有的硅的結構；第二，對氧化鎂添加物的腐蝕可以使內孔密度進一步增高。這兩點輔以其后在硅電機上進行的碳層包裹，可以極大的提升鋰離子電池負極電化學性能，比如大的可逆容量、高充放電的電流密度優異的循環能力。最后，蘆葦作為一種天然材料，為高性能鋰離子電池今后的大規模投產提供了可能。
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