来源:Nano Research Energy 发布时间:2023/6/8 13:09:45
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陈祖信/杨立山综述:SiOx基负极—高能锂离子电池的下一代理想选择

2023年5月5日,华南师范大学陈祖信副教授、皇家墨尔本理工大学Derek Hao博士与湖南师范大学杨立山教授围绕SiOx基负极在清华大学主办的高起点新刊Nano Research Energy合作发表题为“Recent advances of SiOx-based anodes for sustainable lithium-ion batteries”的综述性论文。

伴随电动汽车(EV)和便携式电子设备(PED)的飞速发展,市场迫切需要不断开发具有高比容长循环寿命的锂离子电池。对于负极而言,传统的石墨阳极受限于自身理论容量(372 mA hg−1)而基本达到其能量密度上限,硅基材料被认为是下一代高能锂离子电池的理想候选负极。在实际开发过程中,人们逐渐发现SiOx (0<x<2)负极具有接近Si的超高理论储锂容量,但电极过程中体积膨胀比Si单质小,第一次锂化过程中副反应还可形成LixSiO4和Li2O的SEI缓冲层。高比容量、较好的循环稳定性、较低成本和加工难度,使得SiOx备受产业界和学术界的关注,并成为研发热点。

图1.本综述的研究框架示意图。论文主要综述了SiOx负极的最新发展,包括材料设计、性能优化和机理研究。总店归纳了SiOx/C复合材料和多孔结构两种有前景的材料结构,以及粘结剂/电解液添加剂、预锂化、SEI分析等开发要点。

在该综述论文中,作者们首先详细介绍了SiOx基负极的结构特性、储能机制与多种合成方法。由于不可避免的体积膨胀和电化学不可逆性,负极首效甚至低至50-60%,这使得SiOx基材料在实际应用受限。针对以上问题,该论文进一步总结归纳了SiOx/C复合材料多种优化策略和多孔结构构筑思路。论文后半部分,深入讨论了目前行业内最新的几种改性策略:新型粘合剂电解质添加剂的使用、预锂化和其他锂离子电池组分。其中,设计新型粘合剂不仅可以稳定电极在电解过程的完整性与电接触,电解质添加剂可综合粘结剂通过衍生SEI网络来稳定负极的Li+/e的良好传输,而预锂化是当下针对商用SiOx或Si负极解决低首效的最有效途径。此外,该论文还提到了SiOx基负极的新型机理研究SEI分析检测方法、及SiOx相关产业的发展前景。该综述所述内容可为后续SiOx基负极研究开发提供参考与指导。

论文信息:

Zhang M, Liang N, Hao D, et al. Recent advances of SiOx-based anodes for sustainable lithium-ion batteries. Nano Research Energy, 2023, https://doi.org/10.26599/NRE.2023.912007723.9120069

DOI:10.26599/NRE.2023.9120077

Nano Research Energy 是Nano Research姊妹刊,(ISSN: 2791-0091; e-ISSN: 2790-8119; 官网: https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)于2022年6月创刊,由清华大学曲良体教授和香港城市大学支春义教授共同担任主编。Nano Research Energy是一本国际化的多学科交叉,全英文开放获取期刊,聚焦纳米材料和纳米科学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用,对标国际顶级能源期刊,致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文,已入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊项目。2025年之前免收APC费用,欢迎各位老师踊跃投稿。

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