鋰電池負(fù)極有利于提升容量
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-05 16:27
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美國喬治亞技術(shù)學(xué)院與克萊姆森大學(xué)的研究人員表示，如果采用蘇打水煮沸海帶提取的一種聚合物——藻朊酸鹽用于制備鋰離子電池負(fù)極材料，即使與目前的正極材料組合，也可使鋰電池容量提高30%到40%。
鋰離子電池不用時(shí)的能量是儲(chǔ)存在負(fù)極中的，以鋰離子積存量多少來表現(xiàn)鋰電池容量的大小，當(dāng)鋰電池工作（放電）時(shí)，鋰離子就穿過電解質(zhì)到達(dá)正極，積累鋰離子的負(fù)極現(xiàn)在普遍采用石墨粉末作為活性物質(zhì)，在負(fù)極制備過程中，將這種石墨粉末與一種聚合物粘結(jié)劑混合在一起，然后溶解在稱為甲基吡咯烷酮的溶劑中，再把這種聚合物溶液涂敷到銅箔或鋁箔上晾干，這種銅箔或鋁箔就充當(dāng)負(fù)極的集流體以收集電流。至此，負(fù)極便制備成功，在這個(gè)過程中使用的聚合物粘結(jié)劑通常是聚偏二氟乙烯。
石墨粉末作負(fù)極的活性物質(zhì)雖然是目前最成熟的工藝路線，但并不是儲(chǔ)能最高的?？茖W(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，如果用硅取代石墨的話，則鋰離子電池單元儲(chǔ)存能量可高達(dá)10倍，因?yàn)?，如果用硅粒子代替石墨粉末作活性物質(zhì)，那么，這種電池負(fù)極就可以容納更多的鋰離子，也就是說儲(chǔ)存更多容量。但是，這種硅負(fù)極的缺點(diǎn)是，當(dāng)給鋰電池充電，也就是鋰離子恰恰是從正極向負(fù)極遷移時(shí)，硅離子會(huì)發(fā)生膨脹，體積增大三倍。這樣就會(huì)導(dǎo)致與其混合在一起的聚合物粘結(jié)劑——聚偏二氟乙烯開裂，從而最終破壞鋰電池負(fù)極結(jié)構(gòu)，使電池報(bào)廢。
美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種便宜的聚合物粘結(jié)劑，就是我們?cè)谖恼麻_頭提到的藻朊酸鹽，它具有均勻的結(jié)構(gòu)，這是保證粘結(jié)劑不開裂的必要條件，經(jīng)過試驗(yàn)，用藻朊酸鹽代替聚偏二氟乙烯，在硅負(fù)極膨脹的情況下，這種新型粘結(jié)劑既能夠提供良好的支撐作用，同時(shí)又不與電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
用藻朊酸鹽作粘結(jié)劑在工藝上可以節(jié)約制造成本。因?yàn)椋咫盟猁}可以溶解在水中，而不必象聚偏二氟乙烯作粘結(jié)劑，水替代甲基吡咯烷酮作粘結(jié)劑，完全可以改善現(xiàn)有鋰電池負(fù)極的容量，帶來更多的充放電循環(huán)周期，延長(zhǎng)電池壽命。
當(dāng)然，單純負(fù)極的改造并不能實(shí)現(xiàn)鋰電池理論上的10倍容量，這需要有正極材料相匹配。但即使采用目前的正極材料，這種采用藻朊酸鹽負(fù)極的鋰電池也可提高30%以上的容量，當(dāng)然，這個(gè)結(jié)論目前還停留在實(shí)驗(yàn)室階段。
鋰離子電池不用時(shí)的能量是儲(chǔ)存在負(fù)極中的，以鋰離子積存量多少來表現(xiàn)鋰電池容量的大小，當(dāng)鋰電池工作（放電）時(shí)，鋰離子就穿過電解質(zhì)到達(dá)正極，積累鋰離子的負(fù)極現(xiàn)在普遍采用石墨粉末作為活性物質(zhì)，在負(fù)極制備過程中，將這種石墨粉末與一種聚合物粘結(jié)劑混合在一起，然后溶解在稱為甲基吡咯烷酮的溶劑中，再把這種聚合物溶液涂敷到銅箔或鋁箔上晾干，這種銅箔或鋁箔就充當(dāng)負(fù)極的集流體以收集電流。至此，負(fù)極便制備成功，在這個(gè)過程中使用的聚合物粘結(jié)劑通常是聚偏二氟乙烯。
石墨粉末作負(fù)極的活性物質(zhì)雖然是目前最成熟的工藝路線，但并不是儲(chǔ)能最高的?？茖W(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，如果用硅取代石墨的話，則鋰離子電池單元儲(chǔ)存能量可高達(dá)10倍，因?yàn)?，如果用硅粒子代替石墨粉末作活性物質(zhì)，那么，這種電池負(fù)極就可以容納更多的鋰離子，也就是說儲(chǔ)存更多容量。但是，這種硅負(fù)極的缺點(diǎn)是，當(dāng)給鋰電池充電，也就是鋰離子恰恰是從正極向負(fù)極遷移時(shí)，硅離子會(huì)發(fā)生膨脹，體積增大三倍。這樣就會(huì)導(dǎo)致與其混合在一起的聚合物粘結(jié)劑——聚偏二氟乙烯開裂，從而最終破壞鋰電池負(fù)極結(jié)構(gòu)，使電池報(bào)廢。
美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種便宜的聚合物粘結(jié)劑，就是我們?cè)谖恼麻_頭提到的藻朊酸鹽，它具有均勻的結(jié)構(gòu)，這是保證粘結(jié)劑不開裂的必要條件，經(jīng)過試驗(yàn)，用藻朊酸鹽代替聚偏二氟乙烯，在硅負(fù)極膨脹的情況下，這種新型粘結(jié)劑既能夠提供良好的支撐作用，同時(shí)又不與電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
用藻朊酸鹽作粘結(jié)劑在工藝上可以節(jié)約制造成本。因?yàn)椋咫盟猁}可以溶解在水中，而不必象聚偏二氟乙烯作粘結(jié)劑，水替代甲基吡咯烷酮作粘結(jié)劑，完全可以改善現(xiàn)有鋰電池負(fù)極的容量，帶來更多的充放電循環(huán)周期，延長(zhǎng)電池壽命。
當(dāng)然，單純負(fù)極的改造并不能實(shí)現(xiàn)鋰電池理論上的10倍容量，這需要有正極材料相匹配。但即使采用目前的正極材料，這種采用藻朊酸鹽負(fù)極的鋰電池也可提高30%以上的容量，當(dāng)然，這個(gè)結(jié)論目前還停留在實(shí)驗(yàn)室階段。
