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凌敏教授:锂电池硅负极关联材料的研发和产业化(报告)
2021年11月16日 发布 分类:行业要闻 点击量:215
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目前,硅材料以其低成本、高容量、低电位的优势被视作新一代锂电池负极材料的首选,各大电池企业正加紧硅负极体系的研发和试生产,已有负极材料企业实现硅碳负极的量产,逐渐推广应用。

 

然而硅负极材料的应用涉及到几个关键难点,在充放电过程中可能出现失效,其原因有以下几种:

1)大的体积变化导致硅颗粒上产生高内应力进而粉碎活性物质

2)持续的体积变化与粉末化过程中许多活性材料失去与导电网络、集流体间电接触降低电极各材料间的电导率

3)体积的不断变化会导致覆盖在电极表面的固体电解质界面膜SEI膜破裂并在裸露的硅颗粒表面不断形成新的SEI膜消耗电解质中大量锂离子并阻止部分电子传导加剧容量衰减

为解决硅负极体积变化引起的电池循环性能下降的问题,当前业界除了对硅负极材料进行改性外,还通常采用通过高性能粘结剂改善极片性能的方式。通过粘结剂来保持活性物质、导电添加剂和集流体间的接触完整性,减少硅材料在充放电循环过程中体积变化引起的裂化和粉碎,保持硅负极高容量,提升电池循环性能。


锂离子电池粘结剂粘结机理示意图

a)电极制备过程中的扩散/渗透过程;(b)干燥过程中形成机械互锁;(c)界面结合力包括分子间力和化学键

粘结剂是锂离子电池极片的重要组成材料之一,是将电极片中活性物质和导电剂粘附在电极集流体上的高分子化合物,具有增强活性材料、导电剂和集流体间接触性以及稳定极片结构的作用,是锂离子电池材料中技术含量较高的附加材料。研究表明,虽然粘结剂在电极片中用量较少,但粘结剂性能的优劣直接影响电池的容量、寿命及安全性。


性能优异的硅负极粘结剂应具备以下优点:(1)高均匀性; (2)高粘附性; (3)强离子/电子传导性;(4)高化学/电化学稳定性;(5)低膨胀率;(6)低成本与环境友好性;(7)应力缓冲特性。粘结剂要将所有物质与集流体间紧密粘结, 在减少活性物质的脱落与粉碎的同时, 防止形成不稳定的SEI膜, 进而保持整个电极的接触完整性, 最终使电池始终保持较高的容量与优异的循环特性。

当前各类适用于硅负极的新型粘结剂层出不穷,但大多离产业化有一段的距离,在即将于11月23-35日举办的“2021年全国新能源粉体材料暨增效辅材创新发展论坛”上,粉体圈请来浙江大学的凌敏教授,为大家分享报告《锂离子电池硅负极关联材料研发和产业化思考》,该报告将围绕锂离子电池硅负极的科学问题,阐述基于粘结剂的解决方案,展示报告人的研究成果并阐述其产业化前景。如果您对这方面的内容感兴趣,请不要错过哦!

报告人简介


凌敏,浙江大学特聘研究员,化学工程与生物工程学院化工所副所长,教授、博士生导师,主要研究领域为锂离子电池、锂硫电池和固态电池等。2017年入职浙江大学以来,共发表文章80余篇。


粉体圈会务组

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