无需粘结剂的新型锂电池负极材料技术

在锂离子电池负极制备过程中，粘结剂在电极中所占的比例一般为3%-5%之间，如果电极制备过程不需要粘结剂则可以显著的提高电极的容量，提高电池的能量密度。而且粘结剂通常是绝缘体，会阻碍电解质中离子转移，进而影响电池电化学性能。因此，设计无需粘结剂的电极材料是很有必要的。近期，科学家设计出许多无需粘结剂或集流体的新型电极材料，其中，单壁碳纳米管(SWCNT)薄膜因其高比表面积，高电子导电率以及机械稳定性在设计轻巧柔性电极方面备受关注。图1.MoSe2/SWCNTs复合材料的合成机理图。近期，中国科学技术大学宋礼等人通过简便的溶剂热法合成出MoSe2/SWCNTs复合材料，作为锂离子电池负极，无需粘结剂，表现出优越的电化学性能。此成果发表在国际期刊ACS Nano上。图2.1T-MoSe2/SWCNTs复合材料的电化学性能：(a)充放电曲线图；(b)循环性能图；(c)倍率性能图；(d)阻抗图。图3.1T-MoSe2/SWCNTs电极的电化学过程机理图。作为锂离子电池负极，1T-MoSe2/SWCNTs表现出良好的储锂性能。在电流密度300mA/g下，循环100圈后，容量仍高达971mAh/g，容量几乎无衰减。在大电流密度3000mA/g下，容量为630mAh/g，体现了优越的倍率性能。机制解释(1)垂直生长且层间距大的1T-MoSe2纳米片有利于锂离子的脱嵌和提供更多的活性位点；(2)1T-MoSe2在SWCNTs表面上生长，形成C−O−Mo键，有利于电子/离子快速转移；(3)1T-MoSe2和SWCNTs之间的C−O−Mo键确保了材料的稳定性，缓解了充放电过程中体积膨胀的问题。