Применение графеновых материалов в отрицательном электроде литиевой батареи

[Вступление]

Литиевые батареи широко используются в современном человеческом обществе, например, в электромобилях и портативных электронных устройствах. Однако эти коммерческие литиевые батареи имеют низкую плотность энергии и не могут полностью удовлетворить потребности повседневного использования. Более того, большинство аккумуляторов имеют пониженную емкость при быстрой зарядке и разрядке, а их номинальные характеристики плохие.

Кроме того, помимо плотности энергии и быстрой зарядки, также важна долговечность при высоких температурах (около 60 градусов Цельсия). До сих пор богатые никелем и литием слоистые оксидные материалы, которые считались заменяющими LiCoO2, имели незначительную плотность энергии и потерю жизненного цикла во время быстрой зарядки. Поэтому очень важно найти усовершенствованный анодный материал для быстрой зарядки, потому что современные графитовые аноды имеют осаждение металлического лития для образования дендритов лития во время высокоскоростной зарядки.

[Вступление]

Недавно команда доктора ИнХюксона из Корейского научно-исследовательского института передовых технологий и команда профессора Чан Вукчой из Сеульского национального университета (автор сообщения) совместно опубликовали статью под названием «Графеновые шары для литиевых аккумуляторных батарей с быстрой зарядкой и большой энергией» в известном журнале NatureCommunications. В этой статье описывается собранная графеновая сфера из графена-SiOx в качестве материала покрытия для многослойных катодных материалов с высоким содержанием никеля и анодных материалов литиевых батарей. Каждая графеновая сфера состоит из наночастицы SiOx, расположенной в центре, и слоя графена во внешнем слое, подобного трехмерной структуре, подобной попкорну. Наночастицы SiOx обладают множеством эффектов, таких как предотвращение образования слоя SiC на границе раздела SiOx-графен во время роста графена, обеспечивая равномерное покрытие графеновых сфер на материале катода, обеспечивая высокую удельную емкость для материала анода. . Равномерное покрытие графеновых шариков на материале положительного электрода, богатого никелем, повышает стабильность границы раздела электролита и электрода, а также улучшает характеристики быстрой зарядки и стабильность цикла положительного электрода. Полная ячейка, изготовленная из положительного электрода с графеновым покрытием и отрицательного электрода с графеновым шариком, имеет высокую объемную плотность энергии 800 Вт · ч-1 в условиях коммерческой батареи и имеет коэффициент сохранения емкости 78,6% после 500 циклов при 60 ° C.

[Графическое введение]

Рисунок 1: Рост графена наночастицами SiO2.

а) ТЕА перед ростом сердечно-сосудистых заболеваний;

Рост сердечно-сосудистых заболеваний б) ТЕА через 5 мин после в) 30 мин;

г) -f): а) -в) соответствующий увеличенный вид на рисунке;

ж) Графен, выращенный за 30 мин, и увеличенное изображение уровней энергии атомов;

з) Принципиальная схема роста графена попкорна.

Рисунок 2: Анализ графеновых сфер во время роста.

Характеристика использования роста графена во время роста сердечно-сосудистых заболеваний:

а) XRD; б) XPS;

в) пик Si2p в XPS; EDX-диаграмма C, O, Si после графена d) -e) 5 мин и f) -g) 30 мин на SiO2.

Рисунок 3: Графеновые сферы, покрытые LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2.

а) -в) наносферы SiO2 до роста графена;

б) -г) графеновая сфера после покрытия графена;

Лист графена e) ПЭМ-изображение до и после f) покрытия;

i) Рамановская диаграмма графеновых сфер;

j) график XPS пика C1s трех образцов;

л) Принципиальная схема графеновых сфер, покрытых LiNi6Co0.1Mn0.3O2.

Рисунок 4: Характеристика характеристик быстрой зарядки и разрядки, а также цикличности.

Диапазон напряжения 2,5-4,3 В a) 25 ° C и b) характеристики увеличения 60 ° C:

Карты рабочих характеристик цикла c) 25 ° C и d) 60 ° C при различных напряжениях отключения;

e) 100% -ный цикл NCM, покрытого сферой графена, первоначально нагруженного NCM и напряжением отсечки 4,3 В при 60 ° C;

а) Скоростные характеристики половинной ячейки отрицательного электрода с графеновым шариком при 25/60 ° C;

б) Диаграмма характеристик длинного цикла отрицательного электрода с графеновым шариком при плотности тока 5C 25/50 ° C;

Цикл плотности тока 5C 500 раз отрицательного электрода с графеновым шариком c) сечение сканирующего электронного микроскопа и его d) увеличенный вид:

д) Характеристики полного цикла графеновая сфера-NCM / графеновый шар при 25/60 ° C и 5 ° C.

Рисунок 6: Характеристика полной производительности ячейки после 500 циклов при 60 ° C.

а)        -b) СЭМ-изображение графеновой сферы-NCM с малым / большим увеличением;

в) STEM-изображение разреза;

d) диаграмма EDX трех элементов C, F и Pt на рисунке c;

e) изображение поверхности графеновой сферы-NCM с помощью СТЭМ высокого разрешения;

е) ПЭМ-изображение поверхности NCM.

[Резюме]

Композит графен-диоксид кремния - графеновая сфера - был приготовлен методом CVD. Слоистая трехмерная структура позволяет графену расти между частицами оксида кремния, и 1 мас.% Графеновых сфер равномерно покрыты слоистым катодным материалом, богатым никелем, методом шаровой мельницы Nobilta. Срок службы и быстрая зарядка улучшаются за счет подавления побочных реакций и повышения проводимости. Графеновая сфера используется для достижения удельной емкости анода 716,2 мА · г-1. По сравнению с батареей без графеновой сферы, объемная плотность энергии всей батареи увеличена на 27,6% в условиях промышленной подготовки, достигнув значения 800 Вт / ч -1,5С. Емкость конденсатора на 500 циклов при 60 ° C по-прежнему составляет 78,6%.

Страница содержит содержимое машинного перевода.