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合金材料在锂离子电池硅基负极材料中使用

近年来,不含锂的高容量正极材料(如S等)受到广 泛关注,这就迫切需要开发含锂的负极材料,特别是LiSi合金。Li-Si合金的初始体积较大,可以降低Si负极材料脱嵌锂过程的体积变化率,从而提高其循环稳定性。但由于Si和Li的熔点差异巨大,传统熔炼法难以制备高纯的Li-Si合金,作者课题组提出了一种氢驱动的化学反应制备方法,成功制备了高纯度的Li12 Si7,进一步通过高能球磨,得到了非晶的Li12 Si7。研究表明,该非晶Li12 Si7的循环稳定性能和充放电动力学较Si明显改善,在20次循环后的容量保持率为70.7% ,明显高于相同亚微米尺寸的Si材料。

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尽管Ca,Mg,Al,Zn和Ag等金属单质可嵌锂形成相应的锂合金,但这些金属单质嵌锂活性较低,本身不适宜单独作为电极材料。相反地,这些金属与Si形成金属-Si合金,表现出较好的嵌锂活性。


Hao等将三元合金 SiAgAl在HCl溶液中浸泡不同的时间,使Al溶解得到多孔纳米SiAg合金。在200 mA/g 的电流密度下,其首次充放电容量分别达到 2343mAh/g 和1860mAh /g,150次循环以后容量保持在1656mAh/g,容量保持率达到70. 7%。当电流密度达到1000 mA/g 时,SiAg合金的放电容量仍然有960 mAh /g。

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分析认为,多孔纳米Si-Ag合金有良好的循环稳定性和倍率性能的原因主要与Si-Ag合金颗粒能够在集流体上紧密排列从而提升材料电子传输效率、多孔结构能够缓冲Li的脱嵌带来的机械应力以及Ag的引入使得体系的电导率上升这3方面的因素有关。


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