據(jù)報(bào)道， 中國(guó)浙江農(nóng)林大學(xué)(Zhejiang A&FUniversity)、華中科技大學(xué)(HUST) 與斯坦福大學(xué)(StanfordUniversity) 的一組研究人員為鋰離子電池研發(fā)了一種無(wú)粘結(jié)劑、靈活、獨(dú)立的電極，其中的硅含量達(dá)到了前所未有的92%。
此種結(jié)構(gòu)使鋰離子電池的電極比容量達(dá)到了超高的2700 mAh·g-1，具備良好的循環(huán)穩(wěn)定性，300 次循環(huán)后，比容量大于2000 mAh·g-1，硅含量仍高達(dá)85%。而且實(shí)際商業(yè)水平容量達(dá)5.58 mAh·cm-2。
為了滿足下一代移動(dòng)電子設(shè)備和電動(dòng)汽車等關(guān)鍵應(yīng)用的需求，研發(fā)重量更輕、容量更大、使用壽命更長(zhǎng)的鋰離子電池(LIB) 被認(rèn)為是重要的戰(zhàn)略。
而在理論上，硅的比容量達(dá)3579 mAh·g-1(Li15Si4)，是非常有前景的陽(yáng)極材料，可用于下一代鋰離子電池中，因而受到廣泛關(guān)注。
不過(guò)，由于在運(yùn)行時(shí)硅的體積變化較大(>300%)，而且導(dǎo)電性差，極大地限制了電極的穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)過(guò)程。事實(shí)上，為了保持電極的穩(wěn)定性，電池行業(yè)不得不在商用電池陽(yáng)極中使用相對(duì)較少的硅( 質(zhì)量<15%)。硅含量如此之低，嚴(yán)重削弱了硅材料用于電極時(shí)的容量?jī)?yōu)勢(shì)。
在此次研究中，研究人員研發(fā)了一種基于纖維素的拓補(bǔ)微漩渦結(jié)構(gòu)，使電極中的硅含量達(dá)到了92%，這是前所未有的記錄，而且整個(gè)電極都無(wú)需粘結(jié)劑，研究人員還研究了該電極作為靈活、無(wú)粘結(jié)劑且獨(dú)立的陽(yáng)極，用于鋰離子電池中。
在該硅CNT( 碳納米管) 碳微漩渦(Si@CNT/C-microscroll) 設(shè)計(jì)中，碳涂層硅納米顆粒被固定在導(dǎo)電碳納米管上，隨后被放置在纖維素碳輥中，碳輥中有足夠的空隙讓硅體積膨脹，因而能夠讓高反應(yīng)活性的硅得以均勻分散。