当前位置:首页 > 新闻动态 > 行业新闻

锂电池应用海藻酸钠聚合物粘结剂发展历程

2019/6/20 9:31:38      点击:

新能源锂电池随着国内绿色能源战略的实施发展迅速,市场需求量未来十年进入爆发期。

  早在2011年美国佐治亚理工学院和克莱姆森大学()的研究人员发现,来源于海藻的海藻酸钠(alginate)可用来制备锂离子阳极,并且这种材料不仅可以使锂离子电池更高效,而且制备也更清洁,更便宜。相关研究成果发表在98Science网络版上。

 

  以往锂离子阳极的制备通常需要聚合物粘结剂,这种粘结剂通常是聚偏二氟乙烯(PVDF),而研究人员利用海藻酸钠代替聚偏二氟乙烯,阳极可以膨胀,粘结剂也不会开裂,制成稳定的硅阳极,已证实这种硅阳极容量是最好的石墨阳极的8倍。海藻酸钠粘结剂可以集成到现有的阳极制造系统,只需把聚偏二氟乙烯和甲基吡咯烷酮替换为海藻酸钠和水,因此是一种更清洁的生产工艺。另外,海藻酸钠也可以用来改善石墨阳极的性能,增加充电和放电循环次数,延长电池使用寿命。

 

  2014年锂硫电池被认为是最有前景的下一代能量存储系统。使用导电碳质材料作为硫主体来构造硫正极的传统方法中,由于低极性碳和高极性LiPS之间的相互作用弱,碳基材料提供的物理隔离和物理吸附对抑制电池容量衰减的作用有限,特别是对于高载硫电极。此外,碳基材料和LiPS的亲和性差也阻碍了有效的界面电荷转移并减缓了硫物种的反应动力学。而且,大量低振实密度碳的存在,极大地牺牲了电池的体积能量密度。设计一种具有高导电性和丰富暴露活性位点的硫主体材料以替代导电碳,以获得高的面积和体积容量具有重要意义。

 

  2019年研究人员将海藻酸钠作为粘结剂,用于硅基负极材料,制备的海藻酸钠/Si电极以4.2A/g0.01~1.00V循环100次,比容量为1700mAh/g,优于CMC/SiPVDF/Si电极。

应用PVDF改性粘结剂或水性粘结剂,都能在一定程度上改善硅基负极的循环稳定性和电化学性能。硅(Si)基负极材料的理论比容量(4200mAh/g)高、嵌脱锂平台较适宜,是一种理想的锂离子电池用高容量负极材料。在充放电过程中,Si的体积变化达到300%以上,剧烈的体积变化所产生的内应力,容易导致电极粉化、剥落,影响循环稳定性。

在锂离子电池中,粘结剂是影响电极结构稳定性的重要因素之一。

 

  目前,海藻酸钠国内生产总值达到3000亿元,我国是世界上最大的海藻酸钠生产国和出口国,随着国家海洋战略的实施和科研水平的提升,海藻酸钠行业发展更加蓬勃,海藻酸钠的应用范围和应用行业越加广泛。青岛市海藻酸钠产业链已经形成,占据先发优势和地理科研优势。