西安交大科研人員在鋰離子電池電極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計方面取得新進展
2018年05月16日 15:5 3563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(yīng)往往會導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(guān)重要的影響。
基于二氧化硅（SiO2）作為填料可以提高復(fù)合材料機械性能這一現(xiàn)象，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院牛春明千人團隊王紅康老師課題組設(shè)計并成功制備了一種SiO2增強的多孔Sb/C纖維復(fù)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。SiO2的引入大大增強了纖維的整體結(jié)構(gòu)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(xué)性能。碳纖維不但提高了電極材料的導(dǎo)電性，而且其多孔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該工作提出的電極材料結(jié)構(gòu)增強思路，即利用SiO2增強效應(yīng)（Silica-Reinforcement Effect）同步實現(xiàn)了電極結(jié)構(gòu)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(lǐng)域國際權(quán)威期刊 ACS Nano（影響因子13.942）上。西安交通大學(xué)電氣學(xué)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(xué)電信學(xué)院米少波教授、廈門大學(xué)張橋保教授和香港城市大學(xué)Andrey Rogach教授等。
研究工作得到了國家自然科學(xué)基金，西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計劃”、唐仲英基金會、電氣學(xué)院青年教師支持計劃和電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室、西安交通大學(xué)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(zé)任編輯：周大偉
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