高效杂元素碳-纳米硅复合锂离子电池负极材料

项目简介：

在众多新型锂离子电池负极材料中，硅基负极材料具有其它负极材料无法匹敌的高容量优势（Li₂₂Si₅，理论储锂容量 4200 mAh/g），是目前商业碳负极材料理论容量的 11 倍。锂嵌入硅的电位（低于 0.5 V）低于一般溶剂分子的共嵌入电压，高于锂的析出电位。因此，硅基负极材料可以解决溶剂分子嵌入以及锂枝晶析出的问题。但是，硅基材料导电性差，同时其在嵌脱锂过程中存在严重的体积效应，体积变化率约为 400%，会造成电极材料粉化以及电极材料与集流体分离。硅基材料的上述缺陷严重限制了其商业化的应用。为克服硅的体积效应，人们多采用制备纳米结构的硅基材料，硅薄膜材料，多孔硅材料和硅基复合材料来提高硅负极材料的循环性能，但是此类复合材料中的硅会裸露于电解液中，由于充放电过程中的体积效应，硅负极材料不断形成新鲜表面，因此持续消耗电解液以生成 SEI 膜，降低了电极材料的循环性能。因此，本项目通过研发导电性能优异的弹性载体（S 掺杂 C 材料包覆 Si 纳米颗粒、S 掺杂 C 材料纳米线三维导电网络、多孔碳包覆 Si 纳米颗粒）和寻找新型负载方式提高硅基材料的电化学性能，进而开发出高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂离子电池，推动锂离子电池产业的技术升级和新能源产业、电动汽车及混合电动车产业的发展。

主要技术性能及指标：

（1）首次库伦效率：>85%；

（2）循环性能：1120 mAh/g（105 周，400 mA/g），容量保持率为 90%；

（3）倍率性能：537 mAh/g（10A/g），库伦效率>99%。

适用范围及应用条件：

该技术适用于锂离子电池领域，包括 3C、动力电池和储能电池方面的负极材料，能大幅提高电池的能量密度，同时显著改善锂离子电池的安全性，具有良好的经济社会效益。

成果转化方式：

技术服务，合作开发，股权投资，技术转让。