豐橋技術大學的研究人員通過氣溶膠沉積成功地製造了用於鋰離子電池的無粘結劑磷化錫（Sn4P3）/碳（C）複合薄膜電極。通過衝擊固結將Sn4P3 / C顆粒直接固化在金屬基材上，而不使用粘合劑。通過複合碳和用於鋰提取的受控電勢窗改善了充電和放電循環穩定性。這一發現有助於實現更高容量的先進鋰離子電池。
鋰離子（Li-ion）電池廣泛用作便攜式電子設備中的電源。它們最近引起了相當大的關注，因為它們有可能被大規模用作電動汽車和插電式混合動力電動汽車的動力源以及用作可再生能源的固定式能量存儲系統。為了實現具有更高能量密度的先進鋰離子電池，需要具有更高容量的陽極材料。雖然Li-Si和Li-Sn等一些Li合金的理論容量遠高於石墨（理論重量容量= 372 mAh / g），但已經進行了廣泛的研究，但它們通常會導致循環穩定性差。充電和放電反應過程中體積變化很大。
具有層狀結構的磷化錫（Sn4P3）（理論重量容量= 1255mAh / g）通常用作鋰離子電池的高容量合金基陽極材料，其平均操作電位為~0.5V vs.Li/李+。報告表明，用納米結構的Sn4P3顆粒絡合碳材料顯著提高了循環穩定性。通常，電池中使用的電極通過在金屬箔上塗覆包含電極活性材料，導電碳添加劑和粘合劑的漿料來製造。對於碳絡合的Sn4P3（Sn4P3 / C）陽極（如文獻中報導的那樣），由於使用了大量的導電添加劑和粘合劑，電極中活性材料的重量分數降低了約60-70％。實現穩定的騎行。因此，每個電極重量的重量比容量（包括導電碳添加劑和粘合劑的重量比）顯著降低。
豐橋技術大學電氣與電子信息工程系的研究人員通過氣溶膠沉積（AD）成功地製造了用於鋰離子電池陽極的無粘合劑Sn4P3 / C複合薄膜電極。在此過程中，使用簡單的球磨法將Sn4P3顆粒與乙炔黑複合;然後通過衝擊固結將獲得的Sn4P3 / C顆粒直接固化在金屬基材上，而不添加任何其他導電添加劑或粘合劑。該方法能夠將復合材料中Sn4P3的比例提高到80％以上。此外，複合碳的結構變化減小，並且對於鋰提取反應的複合碳和受控電勢窗都提高了循環穩定性。通過AD工藝製造的Sn4P3 / C複合膜分別在第100,200和400次循環時保持約730mAh g-1,500mAh g-1和400mAh g-1的重量容量。
引用第一作者Toki Moritaka說：“儘管優化沉積條件是困難的，但是獲得了有關提高由AD工藝製造的Sn4P3 / C複合薄膜電極的循環穩定性的有用信息。複合碳不僅起到了作用的作用。抑制由Sn4P3體積變化引起的電極坍塌的緩沖劑，也作為複合材料中霧化活性材料顆粒之間的電子傳導路徑。
“這個過程是增加每個電極重量的容量值的有效手段。我們相信，通過AD工藝在復合薄膜製造中使用的Sn4P3 / C中碳的尺寸和含量，可以改善電化學性能。目前正試圖優化複合碳含量並增加複合膜厚度，“副教授Ryoji Inada表示。
這項研究的結果可能有助於實現更高容量的先進鋰離子電池。此外，由於不僅可以通過類似的合金化和脫合金反應將Li和Na儲存在Sn4P3中並從中提取，因此Sn4P3電極可以以低得多的成本用於下一代Na離子電池。
