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?港理工張標團隊NML：利用應(yīng)力緩解技術(shù)提升硅負極6000倍電子導(dǎo)電性！

硅具有比容量高、儲量豐富和成本低廉等優(yōu)點，是一種很有前景的鋰離子電池負極材料。然而，由于鋰化/去鋰化過程中顆粒粉化嚴重，其倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性較差。鋰濃度梯度和各向異性變形引起的高應(yīng)力是硅顆粒斷裂的主要原因。

圖1. 概念設(shè)計、制備工藝和微觀結(jié)構(gòu)

香港理工大學張標、焦增寶、Yao Gao等提出了一種新的應(yīng)力緩解策略，即在硅微米大小的顆粒中均勻分布少量的錫和銻，從而降低鋰濃度梯度，以實現(xiàn)各向同性的鋰化/去鋰化過程。

具體而言，作者通過簡單的兩步制備方法實現(xiàn)富硅微顆粒負極的穩(wěn)定循環(huán)，首先通過電弧爐將塊狀硅、錫、銻原材料熔煉成Si_8.5Sn_0.5Sb合金錠，然后使用高能球磨來粉碎鑄錠并進一步促進三種元素的混合。

研究顯示，Si_8.5Sn_0.5Sb微粒（平均粒徑：8.22 μm）的電子導(dǎo)電性和鋰擴散性分別比 Si顆粒提高了6000倍和10倍以上。

圖2. 電化學性能研究

結(jié)果，Si_8.5Sn_0.5Sb微粒負極在1.0 A g^-1和3.0 A g^-1下循環(huán)100次后的放電容量分別為1.62 Ah g^-1和1.19 Ah g^-1，相對于活化后首次循環(huán)的容量，保持率分別為94.2%和99.6%。

此外，采用相同方法制備的含有硅、錫、銻、鍺和銀的多組分微粒負極，在1 A g^-1的條件下循環(huán)1000次中，可獲得每循環(huán)0.02%的超低容量衰減率，證實了所提出的機制。這種與工業(yè)兼容的制備方法所實現(xiàn)的應(yīng)力調(diào)節(jié)機制為低成本、高能量密度鋰離子電池帶來了巨大商機。

圖3. 電化學反應(yīng)機制

High-Performance Silicon-Rich Microparticle Anodes for Lithium-Ion Batteries Enabled by Internal Stress Mitigation. Nano-Micro Letters 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01190-7

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/16/7e53a6c6e6/

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