丰桥技术大学的研究人员通过气溶胶沉积成功地制造了用于锂离子电池的无粘结剂磷化锡(Sn 4 P 3)/碳(C)复合薄膜电极。通过冲击固结将Sn 4 P 3 / C颗粒直接固化在金属基材上，而不使用粘合剂。通过复合碳和用于锂提取的受控电势窗改善了充电和放电循环稳定性。这一发现有助于实现更高容量的先进锂离子电池。
锂离子(Li-ion)电池广泛用作便携式电子设备中的电源。它们最近引起了相当大的关注，因为它们有可能被大规模用作电动汽车和插电式混合动力电动汽车的动力源以及用作可再生能源的固定式能量存储系统。为了实现具有更高能量密度的先进锂离子电池，需要具有更高容量的阳极材料。虽然Li-Si和Li-Sn等一些Li合金的理论容量远高于石墨(理论重量容量= 372 mAh / g)，但已经进行了广泛的研究，但它们通常会导致循环稳定性差。充电和放电反应过程中体积变化很大。
具有层状结构的磷化锡(Sn 4 P 3)(理论重量容量= 1255 mAh / g)，通常用作锂离子电池的高容量合金基阳极材料，平均操作电位为?0.5 V vs李/李+。报告表明，用纳米结构的Sn 4 P 3颗粒络合碳材料显着提高了循环稳定性。通常，电池中使用的电极通过在金属箔上涂覆包含电极活性材料，导电碳添加剂和粘合剂的浆料来制造。对于碳络合的Sn 4 P 3(Sn 4 P 3/ C)阳极(例如文献中报道的那些)，由于使用大量导电添加剂和粘合剂以实现稳定循环，电极中活性材料的重量分数减少了约60-70%。因此，每个电极重量的重量比容量(包括导电碳添加剂和粘合剂的重量比)显着降低。
丰桥技术大学电气与电子信息工程系的研究人员通过气溶胶沉积(AD)成功地制造了用于锂离子电池阳极的无粘结剂Sn 4 P 3 / C复合薄膜电极。在此过程中，使用简单的球磨法将Sn 4 P 3颗粒与乙炔黑复合; 然后，通过冲击固结将得到的Sn 4 P 3 / C颗粒直接固化在金属基材上，而不添加任何其他导电添加剂或粘合剂。该方法能够提高Sn 4 P 3的分数在复合材料中达到80%以上。此外，复合碳的结构变化减小，并且对于锂提取反应的复合碳和受控电势窗都提高了循环稳定性。Sn的4 P 3 / C复合材料由AD工艺制造薄膜保持大约730毫安克重量容量-1，500毫安克-1和400毫安克-1，在100 个，200 个和400 个分别周期， 。
第一作者Toki Moritaka被引述说，“尽管优化沉积条件是困难的，但是获得了有关提高由AD工艺制造的Sn 4 P 3 / C复合薄膜电极的循环稳定性的有用信息。复合碳不起作用仅作为抑制由Sn 4 P 3体积变化引起的电极坍塌的缓冲剂，而且还作为复合物中雾化活性材料颗粒之间的电子传导路径。
“这个过程是增加每个电极重量的容量值的有效手段。我们相信，AD中复合薄膜制造中使用的Sn 4 P 3 / C中碳的大小和含量可以改善电化学性能。目前，我们正在努力优化复合碳含量并增加复合膜厚度，“副教授Ryoji Inada表示。
这项研究的结果可能有助于实现更高容量的先进锂离子电池。此外，由于不仅可以通过类似的合金化和脱合金反应将Li和Na储存在Sn 4 P 3中并从中提取，因此Sn 4 P 3电极可以以低得多的成本用于下一代Na离子电池中。