使用柱狀硅負極的嘗試方面,英國Nexeon公司在2009年舉辦的“第50屆電池討論會”上發布了相關研究案例。該公司使用酸(含硝酸銀和乙醇的氫氟酸)對粒徑為

  使用柱狀硅負極的嘗試方面,英國Nexeon公司在2009年舉辦的“第50屆電池討論會”上發布了相關研究案例。該公司使用酸(含硝酸銀和乙醇的氫氟酸)對粒徑為20臁?50靘的一般等級的硅進行蝕刻,得到了形似海膽(他們稱之為刺猬)的硅(圖4)。該公司將其命名為“Pillared silicon”并對其性能進行了評估。結果顯示,當容量為800mAh·g-1(0.25~0.5C充電)時,循環壽命達到了300次以上。

  從上述嘗試的結果可以看出,對于錫和硅負極,如何減少用來應對膨脹的無活性部分(包括空隙)將成為進一步增加容量的關鍵。

  正極材料的開發令人擔心

  與負極材料活躍的動態不同,正極材料的開發情況頗令人擔憂。目前,提高正極容量的方法只有一種,就是以通常正極采用的4.2V的電壓為基準,在較高的電壓(4.4~4.5V)下使用三元系合金(例如LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2),但增加幅度最多只能達到10%左右。

  硅和錫使負極達到1000mAh·g-1后,如果開發不出容量相當的正極,使用通常的正極材料,正極的厚度將增加到現在的3倍。加厚活性物質層不利于提高負荷特性等性質,很難應用于純電動汽車用等需要大電流放電的用途。

  大容量正極材料的候選有Li2MnO3(包括與其他層狀化合物的固溶體)、硅酸鹽系(LiMSiO4、M=Fe、Mn等)、硫(S)系等,成功使容量達到300mAh·g-1以上的消息雖然也時有聽說。但仔細研究其內容就會發現,大多都有貓膩。例如,使用某種材料的放電曲線的特性乍看上去似乎超過了300mAh·g-1,容量達到了鈷正極等的2倍以上(圖5),而實際上,這段放電曲線的區間是1.5~2.0V的低電壓,如果把范圍擴大到通常使用的3.0V,容量將低于200mAh·g-1,與通常的正極相差并不多。 
鋰電池開發史(六)兼顧安全性與大容量,看清正極材料的“貓膩”(第1頁) -  8.jpg 

  圖5:對于發布的“新正極”需要留意

  號稱超過300mAh·g-1的正極大多是1.5~2.0V低壓下的放電結果。必須認真查驗發表的內容。 

  以低電壓恒功率放電時,電流值將會驟增,這是電池并不希望出現的現象(電流I與電阻R的乘積驟減,IR壓降增大,壓降越來越大)。在這樣的背景下,每當聽到300mAh·g-1以上的大容量正極問世的消息,筆者都會想起下面這則笑話。

  一家剛開咖啡館的女老板探望伯父,伯父問道:“生意怎樣,一天能有三四桌客人嗎?”女老板顧及面子,回答說“比這多多了,昨天就來了50位客人呢”。伯父打趣道:“哦,老板的官方數據也不過才50啊。”

  與硅和錫的潛力相當的大容量正極——在這一方面,當務之急應該是開發出能夠經受3V區間考驗的正極,而不只是光鮮的“官方數據”。

[責任編輯:趙卓然]

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