Интерпретация происхождения и современного состояния графенового проводника литиевой батареи

В связи с обострением проблем энергетики и окружающей среды разработка новых источников энергии и продвижение электромобилей стали общей тенденцией. Как наиболее важные устройства хранения энергии, литий-ионные батареи привлекают пристальное внимание исследователей и промышленности. Были разработаны различные новые ключевые материалы для литий-ионных аккумуляторов. Стимулируется быстрое развитие литий-ионных аккумуляторов. В настоящее время широко используемые положительные материалы для литий-ионных аккумуляторов включают литий-кобальтовую кислоту (LiCoO2, LCO), манганат лития (LiMn2O4, LMO), фосфат лития-железа (LiFePO4, LFP) и тройные материалы (LiNix CoyMn1xyO2, NCM) и т. Д. Из-за низкой проводимости вышеупомянутых материалов положительного электрода необходимо добавлять проводящие агенты к частицам материала для создания электронных проводящих сетей, чтобы обеспечить быстрый доступ для электронной передачи. А также ...

Электрохимические реакции в литий-ионных батареях требуют, чтобы электроны и ионы лития достигли поверхности активного материала одновременно, поэтому электроны могут вовремя участвовать в электрохимической реакции для достижения хороших характеристик активного материала с положительной полярностью. Если проводящий агент не используется, омическая поляризация внутри батареи увеличивается. Емкость батареи значительно снижается. Следовательно, проводящий агент также является ключевым материалом в литий-ионных аккумуляторах, который может обеспечить полное развитие емкости активного материала и играет важную роль в улучшении характеристик литий-ионных аккумуляторов.

С другой стороны, поскольку проводящий агент сам по себе не обеспечивает емкости во время процесса зарядки и разрядки, часто надеются, что использование проводящих агентов будет сведено к минимуму, обеспечивая при этом использование емкости активного вещества для увеличения доли активных веществ. в положительном электроде. Таким образом, повышается удельная масса энергии батареи. Используемые в настоящее время проводящие агенты обычно представляют собой углеродные материалы, такие как проводящая сажа, проводящий графит и углеродные наночастицы. Поскольку эти углеродные материалы имеют низкую плотность по сравнению с активным материалом, сокращение использования проводящих агентов может значительно увеличить объемную плотность энергии батареи.

Графен - это новый тип наноуглеродного материала с уникальными геометрическими характеристиками и физическими свойствами. С 2010 года он первым стал использоваться в качестве проводящего агента в коммерческих литий-ионных батареях. Группа провела систематические исследования графеновых проводящих агентов. Графен как проводящий агент имеет характеристики «мягкость, тонкость, плотность» и имеет следующие четыре преимущества:

(1) Электронная проводимость высока, и использование очень небольшого количества графена может эффективно уменьшить омическую поляризацию внутри батареи;

(2) Двумерная пленочная слоистая структура. По сравнению с нульмерными частицами сажи и одномерными углеродными нанотрубками, графен может достигать контакта «на поверхности» с активными веществами с более низкими порогами проводимости. Кроме того, можно построить проводящую сеть в электроде из большего пространственного промежутка, чтобы достичь «дальнодействующей электропроводности» на всем электроде (размер графеновых материалов, полученных с помощью различных методов подготовки, отличается; размер графена слой листа, полученный термическим восстановлением оксида камня, составлял около 2 мкм).

(3) Ультратонкие свойства, графен является типичным поверхностным твердым телом, по сравнению с сажей с углеродным слоем multi-sp2, проводящим графитом и многослойными углеродными нанотрубками, все атомы углерода на графене могут подвергаться переносу электрона, атомной эффективности. он может формировать полную проводящую сеть с наименьшим использованием и улучшать удельную энергию батареи;

(4) Высокая гибкость, может быть в хорошем контакте с активным материалом, буферизировать объемное расширение и сжатие материала активного материала во время процесса заряда и разряда, подавлять эффект отскока электрода и обеспечивать хорошие характеристики утилизации батареи.

Благодаря указанным выше преимуществам литий-ионные аккумуляторы на основе графеновых проводников могут достигать плотной конструкции. Графеновые проводники с характеристиками «мягкость, тонкость, плотность» имеют хорошую перспективу для применения. По сравнению с идеей превращения графена и катодных материалов в композитные электродные материалы, прямое использование в качестве проводника литий-ионных батарей было бы первым промышленным применением графеновых материалов.

Хотя графен имеет очень очевидное преимущество перед другими проводящими агентами с точки зрения электронной проводимости, в фактическом процессе применения все еще есть много узких мест. С одной стороны, внутри электрода его плоская структура будет пропускать ионы. Эффект стерического препятствия. Этот эффект более очевиден, особенно при большом множителе тока.

Страница содержит содержимое машинного перевода.