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浅谈纳米技术在锂离子电池中的应用

发布时间:2021-10-03 人气:

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。

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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+。

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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。


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