同軸中空奈米線的碳矽複合材料於鋰電池之應用
賴建志與蒲盈志 博士 (國立臺南大學 材料科學系)
鋰電池為目前於儲能應用上重要的技術之一,此技術除了必須達到高能量密度之外,擁有高循環穩定性才能使鋰電池在人類生活需求上達到普及化。而鋰電池在充放電時,矽陽極會有很大的體積變化,造成電極和電解液的界面(Solid-electrolyte interface, SEI)中的鋰離子濃度不均勻,充電時鋰就不會均勻的在電極形成,而會形成樹枝狀的結構,降低鋰電池的循環穩定性。北京清華大學有機光電子與分子工程重點實驗室(MOE Key Laboratory of Organic Optoelectronics & Molecular Engineering)的邱新平教授之研究團隊近期發表了利用同軸中空碳矽奈米管的結構可以抑制SEI中鋰的不均勻成長,使效率及穩定性大幅上升。其初原始電容量1900 mAh g-1,在經過500次的循環充放電後,電容量還有維持1150 mAh g-1及99%的庫倫效率。同軸中空碳矽奈米管的複合結構材料是使用基板犧牲法(Template scarification method),利用水解法將二氧化矽均勻包覆在奈米碳管上,再用化學汽相沉積法將矽沉積在二氧化矽上,最後用氫氟酸將二氧化矽移除,形成中空的結構。在充電時,外層的矽會和鋰形成複合物後,以外層直徑不變的方式往內擴張;反之,放電時,則以外層直徑不變的方式往外收縮,克服了以往充放電時體積變化很大的問題,有效的抑制鋰的不均勻成長。此研究提供了除了將電極包覆保護層隔絕電解液的方法外,同軸中空奈米管結構也可以有效的延緩鋰的不均勻成長而提升鋰電池達到高循環穩定性。[本文摘錄翻譯自ACS Nano, 2019, asap, DOI: 10.1021/acsnano.8b08962]