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“亚美体育App下载”【干货】浅谈纳米技术在锂离子电池中的应用

文章来源: 亚美体育App下载发布时间:2021-11-19 00:35
本文摘要:锂离子电池作为高效储能元件,早已普遍的应用于在消费电子领域,从手机到笔记本电脑都有锂离子电池的身影,锂离子电池获得如此巅峰的成绩归功于其超高的储能密度,以及较好的安全性性能。随着技术的大大发展,锂离子电池的能量密度、功率密度也在大大的提升,这其中纳米技术作出了不可磨灭的贡献。想起纳米技术在锂离子电池中的应用于,小编第一个想起的就是LiFePO4,LiFePO4由于导电性劣,为了提高其导电性,人们将其制取出了纳米颗粒,很大的提高了LiFePO4的电化学性能。

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锂离子电池作为高效储能元件,早已普遍的应用于在消费电子领域,从手机到笔记本电脑都有锂离子电池的身影,锂离子电池获得如此巅峰的成绩归功于其超高的储能密度,以及较好的安全性性能。随着技术的大大发展,锂离子电池的能量密度、功率密度也在大大的提升,这其中纳米技术作出了不可磨灭的贡献。想起纳米技术在锂离子电池中的应用于,小编第一个想起的就是LiFePO4,LiFePO4由于导电性劣,为了提高其导电性,人们将其制取出了纳米颗粒,很大的提高了LiFePO4的电化学性能。此外硅负极也是纳米技术的受益者,纳米硅颗粒很好的诱导了Si在金字锂的过程中的体积收缩,提高了Si材料的循环性能。

近日美国阿贡国家实验室的JunLu在Naturenanotechnology杂志上发表文章,对纳米技术在锂离子电池上的应用于展开了总结和总结。负极材料1.LiFePO4材料LiFePO4材料热稳定性好、成本低特性,更有了人们的普遍注目,但是由于LiFePO4材料内部独有的共价键结构,使得LFP材料的电子电导率很低,因此容许了其高倍率充放电性能,为此人们将LFP材料做成纳米颗粒,并使用导电材料(例如碳)、导电聚合物和金属等材料展开外壳。

此外人们还找到通过向纳米LFP颗粒内利用非化学计量比固溶体掺入方法含有高价金属阳离子,可以将LFP纳米颗粒的电子导电性提升108,从而使得LFP材料可以在3min之内已完成充放电,这一点对于电动汽车而言尤为重要。右图a为LFP晶体在(010)方向上的晶体机构,晶体中「PO6」八面体通过共用O原子的方式相连在一起,这种相连方式也造成了材料的电子电导率较低。此外另一个影响LFP材料性能的问题是Fe标记问题,在1D方向上,Li+有很高的扩散系数,但是部分Fe占有了Li的方位,从而影响了Li在(001)方向上的蔓延速度,造成材料的极化大,倍率性能劣。

2.诱导LiMn2O4材料分解成LMO材料具备三维Li+蔓延地下通道,因此具备很高的离子扩散系数,但是在较低SoC状态持续性构成Mn3+,由于Jonh-Teller效应的不存在,造成LMO结构不平稳,部分Mn元素溶出到电解液中,并最后沉积到负极的表面,毁坏SEI膜的结构。目前,一种解决办法是在LMO中加到一些低价主族金属离子,例如Li等,代替部分Mn,从而提升在较低SoC下Mn元素的价态,增加Mn3+。另外一种解决办法是在LMO材料颗粒的表面外壳一层10-20nm厚度的氧化物、氟化物,例如ZrO2,TiO2和SiO2等。

3.诱导NMC化学活性NMC材料,尤其是低镍NMC材料比容量可高约200mAh/g以上,并具备十分出色的循环性能。但是在电池的状态下NMC材料极容易对电解液导致水解,因此在实际生产中,我们不期望将NMC材料做成纳米颗粒,但是我们可以通过纳米外壳的手段来诱导NMC的化学活性。为了诱导低镍NMC材料与电解液的反应活性,人们尝试利用纳米颗粒对材料展开外壳处置,防止材料颗粒和电解液必要认识,从而很大的提升了材料的循环寿命,如下图a、b右图。原子层沉积也是维护NMC材料的最重要方法,研究表明3到5次原子层沉积可以取得性能最差的NMC材料。

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但是由于NMC材料表面缺乏酸性官能团,因此很难有效地的展开原子层沉积。此外核壳结构的纳米颗粒也是减少反应活性的有效地方法,如图3d,低Mn外壳具备很好的稳定性,但是容量较低,低镍核心容量很高,但是反应活性大,但是这一结构还面对一个问题就是由于晶格不给定导致的内部形变,影响材料的循环性能,解决问题这一问题可以通过梯度浓度材料来构建,如图3e右图,Ni的浓度从核心到外壳渐渐减少,该材料需要超过200mAh/g以上的高共轭容量,并具备长达1000次的循环寿命。


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