合金材料在鋰離子電池硅基負(fù)極材料中使用

近年來，不含鋰的高容量正極材料(如S等)受到廣 泛關(guān)注，這就迫切需要開發(fā)含鋰的負(fù)極材料，特別是LiSi合金。Li-Si合金的初始體積較大，可以降低Si負(fù)極材料脫嵌鋰過程的體積變化率，從而提高其循環(huán)穩(wěn)定性。但由于Si和Li的熔點差異巨大，傳統(tǒng)熔煉法難以制備高純的Li-Si合金，作者課題組提出了一種氫驅(qū)動的化學(xué)反應(yīng)制備方法，成功制備了高純度的Li12 Si7，進一步通過高能球磨，得到了非晶的Li12 Si7。研究表明，該非晶Li12 Si7的循環(huán)穩(wěn)定性能和充放電動力學(xué)較Si明顯改善，在20次循環(huán)后的容量保持率為70.7% ，明顯高于相同亞微米尺寸的Si材料。

盡管Ca，Mg，Al，Zn和Ag等金屬單質(zhì)可嵌鋰形成相應(yīng)的鋰合金，但這些金屬單質(zhì)嵌鋰活性較低，本身不適宜單獨作為電極材料。相反地，這些金屬與Si形成金屬-Si合金，表現(xiàn)出較好的嵌鋰活性。

Hao等將三元合金 SiAgAl在HCl溶液中浸泡不同的時間，使Al溶解得到多孔納米SiAg合金。在200 mA/g 的電流密度下，其首次充放電容量分別達(dá)到 2343mAh/g 和1860mAh /g，150次循環(huán)以后容量保持在1656mAh/g，容量保持率達(dá)到70. 7%。當(dāng)電流密度達(dá)到1000 mA/g 時，SiAg合金的放電容量仍然有960 mAh /g。

分析認(rèn)為，多孔納米Si-Ag合金有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能的原因主要與Si-Ag合金顆粒能夠在集流體上緊密排列從而提升材料電子傳輸效率、多孔結(jié)構(gòu)能夠緩沖Li的脫嵌帶來的機械應(yīng)力以及Ag的引入使得體系的電導(dǎo)率上升這3方面的因素有關(guān)。