硅负极固体电池实现大容量稳定运行

新技术 2018年05月25日

~导入纳米多孔构造,有望大幅延长EV的续航距离~

日本物质材料研究机构(NIMS)发现,导入纳米多孔结构的非晶硅负极膜,能够实现电池的大容量稳定工作。这一技术有助于实现安全可靠的全固体锂电池的大容量化。

1) 日本物质材料研究机构(NIMS)发现,导入纳米多孔结构的非晶硅负极膜,电池能以大容量稳定工作。应用这一技术,实现了安全可靠的全固体锂电池大容量化。

2) 硅作为负极材料,其理论容量密度为4200mAh/g (体积容量密度为2370mAh/cm3),远远大于常用的石墨负极,重量容量密度约为其11倍,体积容量密度约为其3倍。因此,如果能将它作为纯电动汽车(EV)的电池负极材料,就有望大幅延长续航距离。但此前存在一个问题,即随着充放电过程中锂的嵌入和脱出,硅的体积会发生巨大变化,因此在反复充放电过程中容易损坏,造成容量减小。而且,液体电解质每次充电都会在硅表面分解,这会使容量减小的问题更加突出。所以人们一直期待,能开发出不易被充放电损坏的硅,以及在硅表面不会被分解的电解质内可稳定工作的电池。

3) 在此次研究中,研究人员采用了以与晶体硅相比更能耐受体积变化的非晶硅为基本材料,并导入纳米多孔结构的硅负极膜。此外,还用不会在硅表面分解的固体电解质代替液体电解质,结果显示,即使反复充放电100次,也几乎没有出现容量降低现象。

4) 本研究证明,大容量的硅负极能在全固体电池内稳定工作,安全可靠的全固体电池实现大容量化也就日益接近现实。不仅是EV用电池,还有望大幅提高可再生能源发电设施用蓄电池系统和家用蓄电池的性能。

5) 本研究得到了日本国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构 (NEDO) “锂离子电池应用与实用化尖端技术开发事业 (P12003) ”的支援。

6) 相关研究成果已于英国时间2018年5月3日发布于《Communications Chemistry》杂志的在线版上。

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编辑修改 客观日本编辑部

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