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納米技術在鋰離子電池中的有什么應用

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年01月14日  

石墨材料嵌鋰電壓低(0.15-0.25VvsLi+/Li),非常適合作為鋰離子電池的負極材料,但是石墨材料也有一些缺點。嵌鋰后的石墨具有很強的反應活性,會與有機電解液發生反應,造成石墨片層脫落和電解液分解,SEI膜雖然能夠抑制電解液的分解,但是SEI膜并不能100%對石墨負極形成保護。目前常見石墨表面保護辦法有表面氧化和納米涂層技術。


納米涂層技術包括:無定形碳、金屬和金屬氧化物三大類,其中無定形碳主要是通過真空化學沉積CVD方法獲得,這種方法成本較低,適合大規模生產。金屬和金屬氧化物納米涂層主要是通過濕法化學的方法獲得(電鍍),能夠很好的對石墨進行保護,防止電解液分解。


2.提升鈦酸鋰LTO和TIO2材料的倍率性能


LTO(Li4TI5O12)材料安全性高,Li嵌入和脫嵌過程中不會產生應力,嵌鋰電勢較高,不會引起電解液的分解,是一種非常優異的負極材料,但是LTO材料還面臨一下問題:1)比容量低,理論比容量僅為175mAh/g;2)低電子和離子電導率。目前納米技術在LTO上主要有以下3方面的應用:1)顆粒納米化;2)納米涂層技術;3)LTO納米材料與導電材料復合。LTO材料納米化能夠有效的降低Li+的擴散距離,并增大LTO于電解液的接觸面積。納米涂層技術能夠加強LTO與電解液之間的電荷交換,改善倍率性能。幾種常見的納米涂層技術如下圖所示,其中圖a表示了納米TIO2與多孔碳材料的復合結構材料。圖b展示的是如何制備LTO+CMK-3介孔碳復合材料的方法。


3.提高硅負極的能量密度


Si材料理論比容量達到3572mAh/g,遠高于石墨材料,因此吸引了廣泛的關注,但是Si在嵌鋰和脫鋰的過程中會產生高達300%的體積膨脹,造成顆粒的破碎和活性物質脫落,為了克服這一缺點,人們將Si材料制成納米顆粒,以便緩解Si顆粒膨脹產生的機械應力。目前其他Si納米結構包括1維的納米線,1維納米線能夠與集流體和電解液之間形成良好的接觸,并留出足夠的空間供Si膨脹,因此該材料的可逆比容量高達2000mAh/g,并具有良好的循環性能。


納米技術的在Li-S電池的應用


Li-S電池能量密度高,成本低,是非常具有希望的下一代儲能電池,但是Li-S電池目前面臨的主要問題是S電導率低,以及嵌鋰產物溶解的問題,為了解決這一問題人們采用了多種復合納米材料技術,例如通過將S與多孔中空碳或者金屬氧氧化物納米顆粒復合,可以顯著的提高S的穩定性,提高電極的循環性能。此外,S與石墨烯材料的復合也能夠顯著的提高S負極的循環性能。

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