Разблокировка потенциала литий-ионных батарей с помощью расширенных связующих

Связь следующего поколения для литий-ионных батарей.Подпись: Исследователи разработали высокопроизводительный переплет для электродов на основе литий-ионного оксида (SIO) в литий-ионных батареях с поли (винилфосфоновой кислотой) (PVPA), что повышает электрохимические характеристики и долговечность по сравнению с обычными вариантами.Кредит: Noriyoshi Matsumi из Jaist

Литий-ионные батареи широко используются в различных приложениях, но нуждаются в улучшении связующих для повышения их производительности для удовлетворения развивающихся требований.Это связано с тем, что оксид кремния (SIO), многообещающий анодный материал из -за его высокой мощности и низкой стоимости, сталкивается с несколькими проблемами.К ним относятся плохая проводимость, которая приводит к более медленным показателям зарядки, и значительному расширению во время зарядки.Таким образом, эффективные связывания необходимы для решения этих проблем и обеспечения повышения производительности и длительной долговечности для систем литий-ионных аккумуляторов.

В исследовании, опубликованном в журнале ACS ACS Applied Energy Materials, профессора Noriyoshi Matsumi из Японского института науки и технологий (JAIST), а также исследователи из Maruzen Petrochemical Company Ltd.Микро-SIO-электроды, достигающие превосходной производительности по сравнению с обычными ячейками.

По словам профессора Мацуми, «переплет PVPA должен оказаться очень полезным для продления срока службы высокопроизводительных литий-ионных вторичных батарей. В частности, при применении электромобилей, был большой интерес к долгом сроке жизни для литий-лития.Иоонные вторичные батареи. Использование PVPA будет предлагать улучшенные альтернативы коммерчески доступным связующим, таким как поли (акриловая кислота) (PAA) и поли (винилиденно фторид) (PVDF) ».

Исследование включало изготовление электродов, содержащих PVPA, PAA и PVDF в качестве связующих, и их характеристики были оценены с помощью электрохимических экспериментов и теории функционала плотности.PVPA продемонстрировала заметно более сильную адгезию (3,44 Н/м) к поддержке меди по сравнению с обычным PAA (2,03 Н/м), что приводит к значительному повышению долговечности в литий-ионных батареях.

Клетка на основе PVPA также обеспечила почти вдвое превышающую пропускную способность разрядки по сравнению с ячейкой на основе PAA после 200 циклов, при этом полуэклеточный полуэлемент на основе PVPA достиг 1300 махг-1SIO после того же количества циклов.Даже после 200 циклов разряда заряда отшелушивание от текущего коллекционера не наблюдалось при сканирующей электронной микроскопии, в отличие от PVDF или связующих PAA.

Кроме того, более сильная адгезия PVPA помогает стабилизировать анод на основе SIO, предотвращая его отшелушивание даже при значительном расширении объема.

Кроме того, Maruzen Petrochemical Company Ltd., исследователи которых были частью исследования, создали промышленный производство для PVPA.Непрерывное сотрудничество между Jaist и Maruzen Petrochemical Company Ltd., а также включение дополнительного опыта добычи аккумуляторов от компании может дополнительно ускорить процесс в отношении реальных приложений.Патенты на эту технологию были представлены как внутри страны (Япония), так и на международном уровне в качестве совместной заявки Jaist и Maruzen Petrochemical Company Ltd.

“Промышленно осуществимое, высокоэффективное переплет, подобное этому, поможет в разработке технологий для высокопрочных и высокоэнергетических батарей. Это приведет к более широкому внедрению электромобилей по всему миру без беспокойства по поводу снижения производительности в течение более длительного периода.Материалы также могут быть применимы к различным электромобилям, таким как поезда, суда, самолеты и т. Д., В будущем », - сказал профессор Мацуми.

Больше информации: Noriyuki Takamori et al., Облегченная стабилизация литий-ионной батареи на основе микросиликона с использованием поли (винилфосфоновой кислоты), AC, применяемые энергетические материалы (2024).Doi: 10.1021/acsaem.3c02127