多孔硅层,用于更高效的锂离子电池

多孔硅层,用于更高效的锂离子电池

2019年9月19日
新闻稿:Fraunhofer FEP

弗劳恩霍夫FEP研究所的科学家们开发了一种无毒且高效的多孔硅层制造工艺,该工艺可用作锂离子电池阳极

弗劳恩霍夫FEP已经为工业开发了涂层工艺。 最近,在PoSiBat项目(资金参考100275833)中,Fraunhofer FEP科学家能够开发出一种无毒且有效的多孔硅层制造工艺。 最近完成的项目的结果将在V 2019的能源系统薄膜技术研讨会上发布。

锂离子电池由于其良好的性能而得到了很好的确立。 它们具有比其他电池更高的能量密度。 因此,它们被用于照相机,手表,移动设备,尤其是电动汽车。 但是,从技术角度来看,它们仍具有改进和优化电池的巨大潜力。

锂离子电池由不同层的排列组成,每个层具有不同的功能。 阴极和阳极是电池的两个电极,它们通过电池内部的导电电解质进行电连接。 当前,全世界有许多研究活动用于开发新材料和替代制造工艺,以改善电池性能,特别是对于移动设备和电动汽车。 未来技术的重要方面是资源节约,环境保护和安全。 另外,电池应该以可持续的方式和具有成本效益的方式大批量生产。

在PoSiBat项目中,开发了一种经济高效且环保的工艺来制造多孔硅层作为阳极材料。 用硅代替当前使用的石墨材料有望使阳极的比充电能力提高近十倍。 然而,充电和放电过程导致硅体积的巨大变化,因此导致材料化合物的快速机械和电化学破坏,从而导致电池故障。

Fraunhofer FEP的Stefan Saager博士说:“我们已经开发了一种在金属基板上同时沉积硅和锌的工艺。” “通过进行后续的热处理,锌会从镀层中重新蒸发掉,并且在以前的锌晶粒的位置会产生孔隙。 硅中的多孔结构在充电过程中为其扩展提供了足够的空间,因此容量衰减最小。 通过调整工艺参数,可以对多孔结构进行操作并针对特定的电池要求进行优化。 多孔硅层显示出令人鼓舞的电池性能,其初始充电容量超过3,000 mAh / gSi,并具有相当好的循环稳定性,这证明了这一点。

弗劳恩霍夫FEP的专业知识在于用锌和硅对金属基材和箔进行涂层,这在常规无毒真空工艺中具有很高的涂层速率是可能的。 这些过程可以实现高产量和低制造成本。 在弗劳恩霍夫材料与束技术研究所IWS,对多孔涂层的电化学性能进行了表征。

Fraunhofer FEP的科学家们现在期待与电池制造商合作,以将结果转化为高性能产品。 他们愿意合作。

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