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缓解“里程焦虑” 武科大研发高性能电池负极材料获国赛金奖

长江云新闻 2023-12-15 01:37:00

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近日，中国国际大学生创新大赛（2023）全国总决赛结果揭晓，武科大材料学部的“负极先锋—高性能锂电池硅碳负极材料领跑者”项目获得国家级金奖，该团队成功研发出“高性能锂电池硅碳负极材料”，其核心产品具有高容量、低膨胀和长寿命等特点，有望极大提高新能源汽车的续航里程，团队已实现硅碳负极材料克级-百克级-公斤级-百公斤级的批量制备。

当下，不少新能源汽车使用者都存在电池续航能力差的“里程焦虑”，项目负责人徐一帆表示其根本原因就在于电池能量密度不够。团队了解到，硅的理论容量高达4200毫安时每克（mAh/g），储量丰富、环境友好，被公认为最有潜力的下一代锂离子电池负极材料。但当下大多数硅碳复合材料所需的纳米硅生产成本高、工艺复杂，硅在嵌锂的过程中会产生高达300%的体积膨胀，随着硅添加量增加，容量上升的同时膨胀率急剧上升。解决硅单体的体积膨胀问题成为了团队需要突破的核心技术问题。

该团队历时7年，历经三代传承，申请发明专利20余项，发表高水平论文20余篇，实现了硅碳负极材料克级—百克级—公斤级—百公斤级的批量制备。2016年，团队成员安威力、项奔在导师指导下，开展微米多孔硅的研究，历经800余次实验，研制出高性能多孔硅负极材料，有效解决了硅的体积膨胀问题，目前膨胀率已降至20%以下，相比市面上超40%膨胀率的实心纳米硅有所突破。

这为了有效缓解电池容量衰减，团队所使用的多孔硅表面修饰技术给多孔硅穿上一层“防护衣”，增强了其离子导电率和表面稳定性，有效缓解了电池容量衰减。团队所利用的多孔硅/石墨焊接技术，实现了硅在石墨中的高比例添加，添加量可以达到15%，相比市面上500mAh/g的碳硅负极材料，硅碳容量超600mAh/g，该材料可实现600-1000mAh/g的调节，适用于超高容量的各类锂电池。团队已实现高性能多孔硅/石墨复合材料的稳定制备。

据悉，该成果潜力得到中国科学院院士、多孔纳米材料专家赵东元的肯定，获中国科学院武汉科技查新咨询检索中心的科学技术查新成果鉴定等认证。