赵金保教授课题组

高容量硅-碳复合负极材料

硅的理论比容量高达4200 mAh/g,远高于当前传统石墨负极372 mAh/g。硅基负极材料是目前锂离子电池高能量密度化最有效的技术方向,也是我国锂离子电池今后的重点发展方向,具有广阔的商业前景。但硅基材料剧烈的体积膨胀效应等问题严重阻碍在其在电池中的应用。

课题组独立发明了硅基材料与石墨等高结晶碳的复合负极材料体系及其锂离子电池。通过硅基材料(SiSiO及其碳包覆物)与可以可逆进行Li+电化学嵌脱的石墨等高结晶碳的共混,并进一步调控材料的共混比例和尺寸(如纳米化),有效抑制了硅基材料在充放电过程中的巨大体积变化,解决了该电池体系严重的循环寿命问题,是当前高容量电池的最重要的负极体系。此项专利是目前高能量密度硅基锂离子电池的基础发明。基于本发明及公司其他技术成果,日立集团在2008年底在世界上率先向MotorolaNokia等手机厂商提供硅基锂离子电池样品,并于20104月首次实现了该电池的商业化。该技术已被苹果、三星、华为等公司的手机及美国特斯拉公司的电池系统中采用。该体系也被国家十三五计划列为最重要的开发方向。

赵金保教授在硅基材料方面的重要发明

基于以上技术发明,课题组针对其中的关键技术进一步开发,包括均一的石墨-硅基复合材料的制备技术、SiSiOx粒子的均一包碳技术及所开发的复合负极材料的利用技术等。

课题组开发的硅基材料-碳材料的复合技术




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