据中科院宁波材料所消息,动力电池、消费类电池等终端产品对高能量密度锂离子电池需求越来越强。目前,产业界主要采取硅碳复合路线来提升硅基负极应用水平,450mAh/g以下的硅碳复合负极材料在循环性、倍率性等方面基本能满足应用要求,450mAh/g以上的硅基负极应用还有很多技术难点。
针对硅碳负极材料的体积膨胀问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所刘兆平研究团队从源头出发,创新性地构筑了高机械稳定的自机械抑制石墨烯复合硅碳负极材料(Energy
Storage Materials 2021, 35,
317-326.)。由于硅基负极材料的可逆容量与体积膨胀呈线性关系,通过机械限制体积膨胀,可以有效控制硅基负极材料的可逆容量。
石墨烯是已知的机械性能最高的材料,弹性模量高达1TPa,屈服强度130GPa,71GPa负载下的疲劳寿命大于109次且石墨烯在嵌锂过程表现为弹性硬化。但是,石墨烯片层之间的弱黏附力较弱,石墨烯的宏观结构机械强度较差,沥青裂解碳可有效缝合石墨烯,显著提升石墨烯宏观体的机械稳定性。