栄養と食品科学ジャーナル
オープンアクセス

概要

バイオエネルギー 2020: 高性能リチウムイオン電池を実現するプレリチウム化 Si ナノ粒子 - カーボンナノチューブ複合アノード

ジム・P・チェン

超音波処理と加圧濾過を組み合わせて、Liイオン電池（LIB）用の自立型フレキシブルSiナノ粒子-多層カーボンナノチューブ（SiNPs-MWNTs）複合紙アノードを作製しました。導電性添加剤、バインダー、金属電流コレクターは使用していません。SiNPs-MWNTs複合電極材料は、それぞれ2298 mAh/gと1492 mAh/gの初回サイクルの比放電容量と充電容量を達成しています。初回サイクルの不可逆性に対処するために、安定化Li金属粉末（SLMP）を使用して複合アノードを事前リチウム化しました。その結果、初回サイクルの不可逆容量損失は806 mAh/gから28 mAh/gに減少し、したがって初回サイクルのクーロン効率は65%から98%に増加しました。SLMPの事前リチウム化プロセスを理解し、Siベースのセルの開発を最適化するために、さまざまなSLMP負荷とセル性能の関係が確立されました。プレリチウム化アノードを含むセルは、初期放電プロセスを経ることなく 800 mAh/g を超える充電容量を提供できるため、新しいカソード材料の探索が可能になります。

また、Si/MWNT 比が 3:2 の SiNPs-MWNTs 電極は、SiNPs の高容量と、それに伴う MWNTs の高電気伝導性および構造安定化品質との間で最適なバランスを示し、従来のスラリーキャスト SiNPs 電極を上回る高レート能力、高比容量、およびサイクル寿命をもたらすことが認められました。可逆容量は、電流密度 100 mA/g で 1866 mAh/g (複合材料全体の重量に基づく、以下同等) です。100 サイクル後、電極は 100 mA/g で 1170 mAh/g、500 mA/g で 750 mAh/g の容量を維持します。