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新型锂电池负极材料让锂离子电池性能飙升

2019-09-15   点击量:39

新型锂电池负极材料让锂离子电池性能飙升。负极材料的能量密度是影响锂电池能量密度的主要因素之一,目前市面上商用的负极材料石墨的理论容量仅有372 mAh/g,因此开发新型负极材料对锂离子电池的应用具有十分重要的意义。


新型锂电池负极材料让锂离子电池性能飙升


在锂离子电池负极制备过程中,粘结剂在电极中所占的比例一般为3%-5%之间,如果电极制备过程不需要粘结剂则可以显著的提高电极的容量,提高电池的能量密度。而且粘结剂通常是绝缘体,会阻碍电解质中离子转移,进而影响电池电化学性能。因此,设计无需粘结剂的电极材料是很有必要的。


近期,科学家设计出许多无需粘结剂或集流体的新型电极材料,其中,单壁碳纳米管(SWCNT)薄膜因其高比表面积,高电子导电率以及机械稳定性在设计轻巧柔性电极方面备受关注。


作为锂离子电池负极,1T-MoSe2/SWCNTs表现出良好的储锂性能。在电流密度300mA/g下,循环100圈后,容量仍高达971mAh/g,容量几乎无衰减。在大电流密度3000mA/g下,容量为630mAh/g,体现了优越的倍率性能。


新型锂电池负极材料:红磷


种新型锂离子电池负极材料:红磷-石墨烯纳米复合材料。该种材料是由红磷和石墨经球磨制备得到。红磷化学稳定性高,廉价易得,而且环境友好。其作为锂离子电池负极材料的理论容量可达2600mAh/g,7倍于商用石墨电极。石墨/石墨烯因其极高的电子电导率被引入到该体系中以提升纳米复合材料整体的电子电导率。在高速球磨过程中,微米级的红磷颗粒被打碎至纳米级。石墨在球磨过程中剥离为大比表面积的石墨烯。


在室温下,该纳米复合材料的放电容量可达1400mAh/g,4倍于现行商用化锂离子电池负极材料石墨。经过300周的循环,放电容量仍然能保持在60%以上。高温环境(60C)对于现行商用锂离子电池仍是很大的挑战。而该种材料,在60C下,放电容量可进一步提升至1650mAh/g。经过200周循环,放电容量保持率可在70%以上。


高容量,长寿命,价格低廉的原材料,适宜工业化生产的合成方法,这些因素都促使新型红磷-石墨烯纳米复合材料成为下一代锂电池负极材料的选择。


新型高性能锂离子电池负极材料:双金属MOF


金属有机框架(MOFs)因其具有很大的比表面积和可调控的结构单元,目前被广泛应用于能量存储、气体分离、工业催化以及载药系统。近来,ZIF(沸石咪唑骨架材料)作为MOFs的一种典型代表,已经在锂电领域表现出潜在的应用前景。


在CoZn-ZIF为负极材料的锂离子电池中,实现了636.3 mAh/g的二次放电容量;同时,在循环100次之后,电池仍保持了605.8mAh/g的容量,库仑效率接近100%。这是目前报道的ZIF电极的最高值。


我国在锂离子电池负极材料产业化方面具有一定的优势,国内电池产业链从原料的开采、电极材料的生产、电池的制造和回收等环节比较齐整。近年来,在国家的大力支持下,锂离子电池行业发展势头良好,负极材料迎来了前所未有的机遇。由于新能源行业对锂离子电池能量密度的要求越来越高,石墨和钛酸锂材料的性能正在不断地优化。与此同时,下一代锂离子电池负极材料——硅,也正在逐步开始商业化。


钜大特种电池工程研究院

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钜大特种锂离子电池工程研究中心是由东莞钜大电子有限公司兴建,并与中南大学、华南理工大学和东莞理工学院相关科研团队联合运营的特种锂离子电池产业化研发中心,研究中心秉持"以特殊环境、特殊用途和特殊性能的需求为导向,以产学研深度融合为创新驱动"的办院方针,力求满足用户独特的需要,从而为用户创造独特的价值。