JAIST团队研究自修复聚合物提高硅阳极耐久性的机理

虽然硅阳极可以极大地提高锂离子电池的容量,但随着长期使用,其性能迅速下降。聚合物涂层可以帮助解决这一问题,但很少有研究探讨根本机制。现在,日本先进科学技术研究所的研究人员研究了一种聚硼硅氧烷(PBS)涂层,以稳定硅阳极容量,为电动汽车和可再生能源收集的更好、更耐用的锂离子电池铺平道路。

JAIST团队研究自修复聚合物提高硅阳极耐久性的机理

这项研究由Noriyoshi Matsumi教授与Sai Gourang Patnaik博士和Tejkiran Pindi Jayakumar博士领导,他们当时正在JAIST完成博士课程,该研究发表在ACS Applied Energy Materials上。

聚合物涂层可以解决困扰硅阳极的一个最严重的缺点:形成过大的固体电解质中间相(SEI)。电解液和阳极之间自发形成的SEI对电池的长期性能至关重要。然而,硅等材料往往会随着使用而大大膨胀,从而导致SEI的不断形成和可用电解液的耗尽。这阻碍了电池性能,并随着时间的推移导致容量的大幅下降。

这就是聚合物涂层发挥作用的地方,它们可以防止硅上过多的SEI形成,形成人工的稳定SEI。虽然研究人员已经注意到了PBS作为硅阳极涂层的潜力,但之前的研究并没有对其作用机制做出明确的解释。

该团队比较了有聚合物涂层和没有聚合物涂层的硅阳极在稳定性、容量和界面特性方面的短期和长期性能。他们通过一系列的电化学测量和理论计算,了解了PBS如何帮助稳定硅阳极容量。

与无涂层硅阳极和涂有聚偏氟乙烯的阳极(LIBs中的一种商业涂层)相比,PBS的自愈特性及其对锂离子的可逆容纳性使其稳定性显著增强。

这部分是由于PBS能够填补SEI在运行过程中形成的任何裂缝。与其他两种阳极不同的是,PBS涂层硅阳极的容量在超过300百次循环中几乎保持不变。

通过解决与硅阳极相关的主要问题,这项研究为新一代具有更高容量和耐久性的LIB铺平了道路。获取更多前沿科技 信息 请持续关注:https://byteclicks.com

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