Новое исследование, проведенное исследователями NIMS, показывает, что в твердых электролитах кремниевый анод, состоящий только из коммерческих наночастиц кремния, полученных методом напыления, демонстрирует отличные рабочие характеристики электрода, что ранее наблюдалось только для пленочных электродов, полученных с помощью процессов испарения. Этот метод является экономически эффективным, атмосферным методом, и поэтому его новый результат позволяет предположить, что возможно недорогое и крупномасштабное производство анодов большой емкости для использования в полностью твердотельных литиевых батареях.
Кремний имеет теоретическую емкость ~ 4200 мАч / г, что примерно в 11 раз выше, чем у графита, обычно используемого в качестве анодно-активного материала в коммерческих литий-ионных батареях. Замена традиционного графита кремнием может значительно увеличить дальность вождения на один заряд электромобилей. Однако его огромное изменение объема (~ 300 процентов) во время литирования и делитирования — зарядки и разрядки — затрудняет его практическое применение в батареях.
В обычных жидких электролитах использование полимерных связующих необходимо для удержания частиц активного материала в электроде вместе и поддержания их адгезии к поверхности металлических токосъемников. Повторное огромное изменение объема кремния вызывает изоляцию частиц, что приводит к потере активного материала и, как следствие, к постоянной потере емкости. В твердотельных элементах активный материал помещается между двумя твердыми компонентами, слоем сепаратора твердого электролита и металлическим токосъемником. На самом деле, как сообщалось ранее группой исследователей NIMS, осажденные методом распыления пленки чистого кремния обеспечивают практическую емкость, превышающую 2,2 мАч / см 2., демонстрируют отличную стабильность при циклировании и высокую скорость разряда в твердых электролитах. Тем не менее, рентабельный и промышленно масштабируемый синтез анода для полностью твердотельных литиевых батарей остается большой проблемой.
Команда исследователей NIMS применила другой подход к синтезу высокопроизводительных анодов для полностью твердотельных литиевых батарей с коммерческими кремниевыми наночастицами. Они обнаружили уникальное явление с наночастицами в твердотельной ячейке: после литирования они подвергаются объемному расширению, структурному уплотнению и заметному слиянию в ограниченном пространстве между слоем сепаратора твердого электролита и металлическим токосъемником, образуя сплошную пленку, аналогично к тому, что подготовлено процессом испарения. Таким образом, анод, состоящий из наночастиц, полученных осаждением распылением, демонстрирует превосходные эксплуатационные характеристики электрода, которые ранее наблюдались только для пленочных электродов с напылением. Метод напыления — это рентабельный атмосферный метод, который можно использовать для крупномасштабного производства.
Продолжаются усилия исследователей NIMS по улучшению циклируемости в аноде для удовлетворения требований электромобилей.
