Neue Fortschritte beim strukturellen Design von Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Elektrodenmaterialien gehen während des Inlay / Delithium-Prozesses mit einer volumetrischen Expansion / Kontraktion einher, und dieser volumetrische Effekt führt häufig zu einem Versagen der Materialfragmentierung. Daher hat die Strukturstabilität des Elektrodenmaterials während des Lade- und Entladezyklus einen entscheidenden Einfluss auf die Batteriekapazität, die Verdopplungsrate und die Lebensdauer.

Basierend auf dem Phänomen, dass Siliziumdioxid (SiO2) als Füllstoff zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen verwendet werden kann, hat das Niuchunming-Team der Elektroschule der Universität Xi'an Jiaotong ein poröses SiO2-verstärktes Sb / C-Faserverbundwerkstoff entworfen und erfolgreich hergestellt . Die Faserstrukturen der Siliziumquelle (Ethylsilikat), der Antimonquelle (Antimontrichlorid) und der Kohlenstoffquelle (Polyethylenpyrrolidon) wurden durch ein elektrostatisches Spinnverfahren hergestellt. Die einzigartigen Strukturen von SiO2- und Sb-Nanopartikeln, die mit porösen Kohlenstofffasern beschichtet sind, wurden durch Wärmebehandlung gebildet. Die Einführung von SiO2 verbessert die strukturelle Gesamtstabilität der Faser erheblich. Als negatives Elektrodenmaterial für Lithiumionenbatterien zeigten die resultierenden SiO2 / Sb / C-porösen Faserelektroden sowohl in Halbbatterie- als auch in Vollbatterietests hervorragende elektrochemische Eigenschaften. Kohlefaser verbessert nicht nur die Leitfähigkeit des Elektrodenmaterials, sondern ihre poröse Struktur eliminiert effektiv die Volumenänderungen von SiO2 und Sb während des Inlay / Delithium-Prozesses. Die strukturelle Stabilität des Materials im Inlay / Delithium-Prozess wurde ferner durch In-situ- und Nicht-In-situ-Elektronenmikroskopie nachgewiesen. Die in dieser Arbeit vorgeschlagene Idee der strukturellen Verbesserung von Elektrodenmaterialien besteht darin, dass der SiO2-Verstärkungseffekt (Silica-Reinforce-Effekt) verwendet wird, um synchron die doppelte Verbesserung der strukturellen Stabilität der Elektrode und der Lithiumspeicherleistung zu erzielen, und das Verfahren ist universell (Materials Today Energy) 2016, 1-2, 24-32; Nanoscale 2016, 8,7595-7603).

Die Ergebnisse der Studie wurden online unter dem Titel "Einkapselung von Siliciumdioxid / Antimon in poröse elektrische Kohlenstoff-Kohlenstoff-Nanofasern mit nur robuster Qualität für hohe Effizienz" online veröffentlicht. Das maßgebliche internationale Journal ACS Silicon Storm hat einen Einfluss auf Faktor 1342. Die elektrische Schule der Xi'an Jiaotong Universität ist die erste Abschlusseinheit des Papiers, und Wanghongkang ist der erste Autor und Kommunikationsautor des Papiers. Zu den Mitarbeitern gehören Professor Mi Shaobo von der School of Telecommunications der Xi'an Jiaotong University, Professor Zhangqiaobao von der Xiamen University und Professor Andrew Rogach von der City University in Hongkong.

Die Forschungsarbeit wurde von der National Natural Science Foundation, dem "Youth Top Talent Support Program" der Xi'an Jiaotong University, der Tang Zhongying Foundation, dem Young Teacher Support Program der School of Electrical Engineering und dem State Key Laboratory of Electrical Insulation of unterstützt Elektrische Ausrüstung und das analytische Test- und Austauschzentrum der Universität Xi'an Jiaotong.

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