中國粉體網(wǎng)訊  由中國粉體網(wǎng)、江蘇省納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心聯(lián)合主辦的“2019第二屆低維碳納米材料制備及應(yīng)用技術(shù)高峰論壇”在蘇州圓滿落幕，來自中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所鋰電應(yīng)用工程中心的沈炎賓副研究員向我們介紹了他們課題組在高性能鋰碳復(fù)合材料的研究進(jìn)展。

隨著改革開放進(jìn)入新的歷史時(shí)期，綠色可持續(xù)的發(fā)展理念逐漸深入人心，傳統(tǒng)化石能源的消耗所帶來的環(huán)境污染成為制約城市高速發(fā)展的“阿克琉斯之踵”，為了改善這尷尬的境遇，近年來國家發(fā)布了新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，期望通過產(chǎn)業(yè)調(diào)整來解決城市發(fā)展所帶來的環(huán)境問題，其中在汽車行業(yè)推行電動(dòng)汽車的發(fā)展更是舉足輕重地舉措。

當(dāng)前應(yīng)用于電動(dòng)汽車行業(yè)的動(dòng)力電池主要使用基于脫嵌機(jī)理的電極材料，比如正極是鈷酸鋰或者鎳鈷錳三元材料，負(fù)極使用石墨。這些電極材料循環(huán)穩(wěn)定性較好，但是理論能量密度有限，難以滿足電動(dòng)汽車的里程需求。鋰金屬被認(rèn)為是鋰離子電池負(fù)極材料的終極目標(biāo)，不僅因其具有極高的克容量和最低的還原電位，且可與不含鋰源的正極材料組成鋰電池，比如鋰硫電池、鋰氧電池等。

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鋰金屬作為終極材料是否可以廣泛的普及應(yīng)用呢？帶著這個(gè)問題粉體網(wǎng)記者咨詢了沈炎賓副研究員。沈副研究員告訴我們，鋰金屬應(yīng)用為電極材料的時(shí)候主要遇到如下問題：1、鋰金屬容易和水、氧、電解液反應(yīng)，故鋰金屬操作環(huán)境要求嚴(yán)苛且電池庫倫效率低；2、鋰的溶解再沉積不易均勻故而易造成鋰枝晶生長及死鋰堆積，威脅電池的循環(huán)壽命和安全性能；3、電沉積鋰的體積膨脹使其界面不穩(wěn)定，不斷暴露出新的鋰和電解液反應(yīng)，極大影響其使用壽命。因此當(dāng)前鋰電池的研究工作主要是探索如何兼顧鋰電池的能量密度和安全性能。

在一次偶然的試驗(yàn)中蘇州納米所鋰電應(yīng)用工程中心的研究人員發(fā)現(xiàn)，在200攝氏度條件下，把干燥噴霧造粒得到的多孔碳納米管微球和熔融狀態(tài)的鋰金屬攪拌混合，金屬鋰會被吸收到多孔碳納米管微球的孔中，得到碳納米管和鋰金屬的復(fù)合微球。得益于碳納米管微球特殊的骨架結(jié)構(gòu)和大比表面積，鋰碳微球上面發(fā)生的鋰金屬的溶解和沉積變得均勻，因此鋰碳微球不僅不易形成鋰枝晶而且充放電過程中體積膨脹很小。然而，大比表面積的鋰碳復(fù)合材料的活性很強(qiáng)，因此他們又進(jìn)一步對鋰碳微球材料進(jìn)行了表面改性，通過單分子層自組裝技術(shù)在鋰碳微球表面上構(gòu)建一層含有疏水分子的單分子層，不僅使得該鋰碳復(fù)合材料的環(huán)境穩(wěn)定性大大提高，還使得該材料對某些有機(jī)溶劑穩(wěn)定，因此可以用涂布的方法進(jìn)行極片的制作。

目前，該鋰碳復(fù)合材料技術(shù)已經(jīng)授權(quán)給相關(guān)的企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，經(jīng)過改性的鋰碳復(fù)合材料與鋰金屬相比能量密度略低，但是在枝晶處理和安全性等方面具有突出優(yōu)勢，比如鋰金屬在使用過程中需要隔絕氧氣和水，而處理后的鋰碳復(fù)合材料可以有效地解決這個(gè)問題；傳統(tǒng)的鋰片不易于加工，但是鋰碳復(fù)合材料可以通過涂布的方法使用；同時(shí)改性的鋰碳復(fù)合材料除了可以作為高能量密度電池的鋰電負(fù)極材料之外，還可以以混漿補(bǔ)鋰的方式應(yīng)用在現(xiàn)有的鋰離子電池中，在不改變電池生產(chǎn)工藝的情況下提高電池的首次庫倫效率。

在采訪結(jié)束時(shí)沈副研究員向我們透露接下來她們準(zhǔn)備基于前期研究工作，進(jìn)一步探索提高鋰碳復(fù)合材料的界面穩(wěn)定性和優(yōu)化現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，以期生產(chǎn)出更安全，循環(huán)穩(wěn)定性更好的材料，促進(jìn)鋰碳復(fù)合材料的進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）

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