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        CalBattery推出硅-石墨烯鋰電池正極材料


        來源:蓋世汽車網(wǎng)

        標(biāo)簽石墨烯
        加利福尼亞鋰電池研究小組與美國阿貢國家實驗室聯(lián)合推出了第三代硅-石墨烯復(fù)合陽極材料,并采用先進的陰極材料和電解液溶劑,其能量密度達到525瓦時/千克,電池負(fù)極容量為1250毫安時/克。

            今年早些時候,加利福尼亞電池研究小組與美國阿貢國家實驗室共同研發(fā)鋰電池,結(jié)合硅-石墨烯正極材料和其他先進的電池材料制造出了容量超過400安時的方形蓄電池,將應(yīng)用于電動車領(lǐng)域上。

            阿貢實驗室的技術(shù)需要使用先進的氣相沉積法,從理論上來說,它是很簡單的:兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室內(nèi),然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成一種新的材料,沉積到晶片表面上。淀積氮化硅膜(Si3N4)就是一個很好的例子,它是由硅烷和氮反應(yīng)形成的。然而,實際上, 反應(yīng)室中的反應(yīng)是很復(fù)雜的,有很多必須考慮的因素,沉積參數(shù)的變化范圍是很寬的:反應(yīng)室內(nèi)的壓力、晶片的溫度、氣體的流動速率、氣體通過晶片的路程(如圖所示)、氣體的化學(xué)成份、一種氣體相對于另一種氣體的比率、反應(yīng)的中間產(chǎn)品起的作用、以及是否需要其它反應(yīng)室外的外部能量來源加速或誘發(fā)想得到的反應(yīng)等。額外能量來源諸如等離子體能量,當(dāng)然會產(chǎn)生一整套新變數(shù),如離子與中性氣流的比率,離子能和晶片上的射頻偏壓等。

            在鋰電池中該方法的應(yīng)用過程為:將納米硅粒子嵌入到石墨烯層中。這個方法使得在不增加電池容量的情況下,大幅增大了電池陽極的能量密度,解決了鋰電池第一次充電缺乏效率以及隨著充電次數(shù)增加容量變小的問題。

            實驗室進行了獨立完整電池單元測試,測試結(jié)果表明其能量密度提高了近3倍,電池正極容量提高了近4倍。目前市場上鋰電池的能量密度為100-180瓦時/千克,而正極容量為325毫安時/克。

            這款鋰電池的關(guān)鍵技術(shù)就是采用了阿貢實驗室的硅-石墨烯加工工藝,使電池正極的硅粒子在使用時趨于穩(wěn)定(其原本的特性是:體積會隨著充電放電過程而急劇變化),達到高水平工作效率。雖然硅粒子吸收鋰離子的能力相比其他材料提高了近10倍,但是他在充放電過程中的性能退化也非常明顯。近幾年正是在研究新的正極材料、電解液溶劑,使其能充分吸收鋰離子以達到高效的目的。

            美國阿貢實驗室表示,先進的陽極材料最終能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基于石墨烯的材料,成為現(xiàn)今鋰電池正極的新型材料。復(fù)合正極材料能夠與目前大部分新推出的鋰電池的負(fù)極材料和電解液溶劑兼容,提升電池性能,降低鋰電池充放電循環(huán)的成本。

            未來的兩年內(nèi),該聯(lián)合研究小組計劃將硅-石墨烯復(fù)合正極材料廣泛應(yīng)用于全球的鋰電池上;并在美國進行小規(guī)模生產(chǎn)用于高端產(chǎn)業(yè)上。

            加利福尼亞鋰電池研究小組CEO Phil Roberts表示:“我們相信我們先進的硅-石墨烯復(fù)合正極材料在儲能容量和延長電池循環(huán)壽命上有良好的表現(xiàn),并將會在未來2-3年內(nèi)代替目前的硅材料成為大部分鋰電池正極的材料。
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