Краткий анализ различных анодных материалов литиевой батареи.

Материалы основного анода литиевой батареи представляют собой материал на основе олова, материал на основе лития, титанат лития, углеродные нанотрубки и графен. Плотность энергии литиевой батареи катодного материала является одним из основных факторов, влияющих на плотность энергии литиевой батареи, катодные материалы литиевой батареи, анодные материалы, электролиты, диафрагма известна как материал с четырьмя сердечниками литий-ионных батарей. Здесь мы кратко расскажем обо всех характеристиках анодных материалов, их преимуществах и недостатках, а также о возможных направлениях улучшения.

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки представляют собой своего рода структуру графитизации углеродного материала, сами по себе обладают отличной электропроводностью, в то же время из-за своей небольшой глубины интеркалированного ли, короткого пути, поскольку катодный материал в большом соотношении при зарядке и разрядке. эффект поляризации невелик, может улучшить характеристики заряда и разряда батареи.

Однако непосредственно углеродные нанотрубки в качестве катодного материала литиевой батареи не имеют обратимой емкости, гистерезис напряжения и разрядная платформа не очевидны.Использование простого фильтра, такого как однослойные углеродные нанотрубки Ng, были подготовлены, непосредственно в качестве катода материал, его первая разрядная емкость составляет 1700 мАч / г, обратимая емкость составляет только 400 мАч / г.

Рисунок 1. Катодные материалы из углеродных нанотрубок.

Еще одно применение углеродных нанотрубок в катоде - это другие материалы анода (графит, титанат лития, олово, кремний и т. Д.), Композит, использующий его уникальную полую структуру и преимущества высокой проводимости и большой удельной поверхности в качестве носителя для улучшения производительность других анодных материалов. Методом химического осаждения из паровой фазы, таким как guo в расширенных графитовых отверстиях, рост углеродных нанотрубок на месте, впервые был синтезирован композитный материал расширенный графит / углеродные нанотрубки, обратимая емкость составляет 443 мАч / г в цикле зарядки и разрядки 1 c после 50 раз обратимая емкость может достигать 259 мАч / г. Полая структура углеродных нанотрубок и расширенных графитовых отверстий предлагает широкий диапазон активности лития, и эта структура может компенсировать объемный эффект материала в процессе зарядки и разрядки.

графен

В 2004 году исследователи из Манчестерского университета впервые обнаружили, что графеновые материалы, и получили Нобелевскую премию. Графен представляет собой шестичленное углеродное кольцо новых углеродных материалов, обладающее многими превосходными свойствами, такими как большая удельная поверхность (около 2600 m2g - 1), высокий коэффициент теплопроводности (около 5300 wm - 1 k - 1), высокая электронная проводимость (подвижность электронов для 15000 s cm2v - 1-1) и хорошие механические свойства, упомянутые в материалах литий-ионных батарей и привлекают многих внимание.

Графен непосредственно в качестве катодного материала литиевой батареи имеет очень хорошие электрохимические характеристики. Лаборатория с использованием гидразингидрата в качестве восстановителя, подготовка джунглей морфологии графена и его характер как твердого, так и мягкого углеродного углерода и диапазон напряжений выше 0,5 В показывают характеристики конденсатора.

Рис.2.Материалы графенового анода.

Графеновые анодные материалы при скорости разряда 1 c, обратимая емкость составляет 650 мАч / г, впервые после 100-кратного цикла зарядки и разрядки емкость может достигать 460 мАч / г. Графен также может использоваться в качестве проводящего агента, материалов анода и другие композиты, улучшают электрохимические характеристики анодных материалов. Такие как zai-мелкие ямки путем ультразвукового диспергирования композитов Fe3O4 / графен, приготовленных током плотностью 200 мА / г для передачи электричества, после 50 циклов емкость составляет 1235 мАч / г; Плотность тока 5000 с и 10000 мА / г для передачи электроэнергии, после 700-цикловой емкости может достигать 450 мАч / г и 315 мАч / г, показала высокую емкость и хорошую производительность цикла.

Лития титанат

Шпинель титанат лития как анодный материал вызывает озабоченность, поскольку имеет следующие преимущества:

1) до и после снятия почти "нулевой деформации интеркалированного лития титаната (для снятия параметров кристаллической ячейки интеркалированного лития до и после" от 0,836 нм до всего 0,837 нм).

2) более высокий потенциал интеркалированного лития (1,55 В), избежать «дендрита лития», высокая безопасность;

3) имеет плоскую платформу напряжения;

4) коэффициент химической диффузии и кулоновский КПД.

Многие преимущества титаната лития определяют его превосходные циклические характеристики и высокую безопасность, однако его электропроводность невысока, большой ток заряда и ослабление разрядной емкости серьезное, обычно для улучшения его проводимости применяют модификацию поверхности или легирование. ) 2 в качестве источника магния, приготовленного твердофазным методом из легированного титаната лития магния 2 +, показывают, что легирование магнием 2+ не разрушает кристаллическую структуру шпинели и титаната лития, а легированный материал после лучшего диспергирования, его удельная емкость ниже при условии, что скорость разряда 10 c может достигать 83,8 мАч / г, что в 2,2 раза больше, чем при отсутствии легирования, и нет очевидного ослабления после 10 раз до емкости цикла заряда и разряда, с помощью испытания импеданса переменным током показано, что легированный материал после заряда сопротивление передачи, очевидно, уменьшается.Чжэн с помощью высокотемпературного твердофазного метода, такого как литий Li2CO3 и лимонная кислота, использовались соответственно В качестве источника лития готовили титанат лития в чистой фазе и титанат лития, покрытый углеродом.

Рисунок 3. Катодные материалы из титаната лития.

Эксперименты показывают, что углеродное покрытие из титаната лития с меньшим размером частиц и хорошей дисперсией, показало лучшие электрохимические свойства, в основном из-за углеродного покрытия, которое может улучшить частицы титаната лития на поверхности электронной проводимости, а меньший размер частиц снижает Li + диффузионный путь.

Материалы на основе кремния

Кремний в качестве идеального анодного материала для литий-ионных аккумуляторов имеет следующие преимущества:

1) кремний может образовывать сплав Li4,4 Si с литием, согласно теории накопления лития до 4200 мАч / г (более чем в 10 раз по сравнению с графитом);

2) потенциал интеркалированного лития кремния (0,5 В) несколько выше, чем у графита, когда при зарядке трудно образовывать «дендрит лития»;

3) кремний и электролит низкая реакционная способность, органические растворители были внедрены явления не произойдет.

Кремний, однако, электрод будет происходить в процессе зарядки и разрядки цикла производительности и ослабления емкости, в основном есть две причины:

1) кремний и образование сплава лития Li4.4 Si, объемное расширение достигает 320%, огромное изменение объема легко приводит к выпадению активных материалов и, таким образом, к уменьшению электрического контакта между ними, вызывает падение производительности цикла электродов быстро;

2) разложение электролита LiPF6 из следов HF травления кремния вызвало ослабление емкости кремниевого электрода.

Чтобы улучшить электрохимические характеристики кремниевого электрода, обычно используются следующие способы: подготовка наноразмерных кремниевых материалов, материалов из сплавов и композиционных материалов. Таких, как Ge, химическое травление кремниевых нанопроволок, легированных бором, подготовленных зарядом и разрядом. поток электричества в 2 а / г, циркуляционная способность через 250 недель все еще может быть достигнута 2000 мАч / г, показала отличные электрохимические характеристики, благодаря встроенному механизму литиевых кремниевых нанопроволок, который может эффективно уменьшить объемное расширение в процессе циркуляции. Лю был приготовлен с помощью высокоэнергетической шаровой мельницы, такой как комплексы Si-NiSi-Ni, затем с использованием растворенных в HNO3 соединений элементарного Ni, пористой структуры соединений Si-NiSi.

Рисунок 4. Анодные материалы на основе кремния.

Благодаря рентгеновской дифрактометрии существующая система сплава NiSi не только обеспечила обратимую емкость в качестве анодных материалов, но и с частицами внутри поры, расширила буферный объем в процессе кремния в цикле зарядки и разрядки, улучшила циклические характеристики кремниевого электрода. .Lee с использованием фенольной смолы в качестве источника углерода, например, в атмосфере аргона при 700 ℃ высокотемпературном пиролизе, приготовлении композитного материала типа ядро-оболочка Si / C, после 10 циклов соединения необратимая емкость составляет 1029 мАч / г, все еще показывает, что Na2CO3, образующий ковалентные связи между поверхностью кремния с фенольной смолой, а затем высокотемпературное растрескивание, может улучшить контакт между кремнием и пиролизным углеродом, чтобы улучшить циркуляцию анодных материалов и снизить необратимую потерю емкости.

Оловянный сплав

SnCoC в анодных материалах из оловянного сплава является более успешной коммерциализацией материалов, три элемента Sn, Co и C смешиваются на атомном уровне, а не процесс кристаллизации, и материал может эффективно препятствовать процессу зарядки и разрядки изменения объема материала электрода, улучшать В 2011 году японская компания SONY объявила о серии аморфных материалов Sn как емкость 3,5 18650 цилиндрических батарей с катодом AH. Теоретическая удельная емкость элементарного олова составляет 994 мАч / г, может с образованием других металлов интерметаллических соединений, таких как Li, Si, Co. Так, как Сюэ ИСПОЛЬЗУЕТ электрическое покрытие, сначала подготовила трехмерную пористую структуру носителя пленки Cu, а затем путем электроосаждения в поверхностной нагрузке носителя тонкой пленки Cu сплава Sn-Co, который был получен с помощью трехмерной пористой структуры. сплава Sn - Co.

Материал первой разрядной удельной емкости 636,3 мАч / г, кулоновская эффективность достигла 83,1%, впервые после 70-кратного цикла зарядки и разрядки удельная емкость все еще может быть достигнута 511,0 мАч / г. Ван, например, графит в качестве диспергатора, SnO / SiO и смесь металлического лития в качестве реагентов с использованием высокоэнергетической механической шаровой мельницы и последующей термообработки, получение графита, равномерно диспергированного в матрице сплава Sn / Si, материал после 200-кратной загрузки и разгрузки В цикле обратимая емкость может достигать 574,1 мАч / г, что все же лучше, чем анодные материалы с одним SnO или SiO.

Оксид олова

SnO2 имеет высокую теоретическую удельную емкость (781 мАч / г), поэтому большое внимание было уделено этому процессу, однако, есть некоторые проблемы в процессе его применения: во-первых, необратимая емкость большая, интеркалированный ли, когда есть большой эффект объема. объемного расширения (250% ~ 300%), легко объединяются в процессе циркуляции и т. д.

Исследования показывают, что благодаря приготовлению композиционных материалов можно эффективно удерживать частицы SnO2 вместе, в то же время также может уменьшать объемный эффект интеркалированного Li, улучшать электрохимическую стабильность SnO2.Zhou путем химического осаждения и высокотемпературного спекания, например При приготовлении композиционного материала SnO2 / графит, его удельная емкость при плотности тока 100 мА / г может достигать более 450 мАч / г, при плотности тока 2400 мА / г, обратимая удельная емкость более 230 mah / g, экспериментальные результаты показывают, что графит в качестве носителя не только может более равномерно рассеивать частицы SnO2, но и может эффективно удерживать частицы вместе, улучшая циклическую стабильность материала.

Подводя итог, можно сказать, что в последние годы материал катода литий-ионной батареи в направлении высокой емкости, длительного срока службы и низкой стоимости. Металл (олово, кремний) в большом объеме одновременно с изменением объема из-за емкости Материал из металлического сплава пропорционален изменению объема, а фактические батареи не допускают больших изменений объема (обычно менее 5%), поэтому его способность играть в практическом применении ограничена большим, решающим или улучшающим Эффект изменения объема станет направлением исследований и разработок металлической основы.

Титанат лития, поскольку имеет небольшое изменение объема, длительный срок службы, хорошую безопасность и другие важные преимущества, в области электромобилей и других крупномасштабных накопителей энергии имеет большой потенциал из-за его низкой плотности энергии и материала анода высокого напряжения. LiMn1.5 Ni0.5 соответствие использования, m1 - высокая безопасность в будущем Power batteryThe направление развития.

Углеродные наноматериалы (углеродные нанотрубки и графен) с удельной площадью поверхности, высокой электропроводностью, химической стабильностью и т. Д. Имеют потенциальное применение в новых литий-ионных батареях. Углеродные наноматериалы в качестве анодных материалов, однако, обладают высокой необратимой емкостью, гистерезисом напряжения и т. Д. Практичным выбором является использование анодных материалов и других композитов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.