令人费解的锂电池黑科技?其实原理都一样

来源:钜大LARGE    2017-05-02    点击量: 172
         我们都知道,锂电池的工作原理很复杂,锂离子和电子的关系也很复杂,它们相互依存,可以说,没有电子就没有离子,反之亦然,两者之间速度慢者决定了电池的功率。另外,锂离子通道和导电线路的稳定性也影响着电池寿命。从这里可以看出来,要想把锂离子电池做成能量密度高,功率高,寿命也长的电池,建立高效稳定的离子电子通道是很重要的。
          在“智慧能源国际论坛”上,卢云峰教授曾经讲过,电池的种类很多,但是万变不离其宗,其目的都是殊途同归,都是想把锂电池的功率做大,能力密度做高,寿命做场。但是如何才能把电池做好?这就需要从最原始的光合作用的能量转换中去看了。阳光在叶绿素上将水分解为电子和质子,电子有电子通道,质子有质子通道。通过内部合成,把二氧化碳变成碳氢材料。这个过程中最重要的就是要有相互独立的质子、电子通道。
         在锂电池的制作原理中,和这个过程差不多,,锂离子电池最早就是磷酸铁锂对石墨。负极用石墨,正极用磷酸铁锂。放电时,嵌在石墨里面的锂失去电子,变成锂离子,跑出来与磷酸铁变成磷酸铁锂。此锂电池的工作原理很复杂,锂离子和电子的关系也很复杂,它们相互依存,可以说,没有电子就没有离子,反之亦然,两者之间速度慢者决定了电池的功率。另外,锂离子通道和导电线路的稳定性也影响着电池寿命。从这里可以看出来,要想把锂离子电池做成能量密度高,功率高,寿命也长的电池,建立高效稳定的离子电子通道是很重要的。
        而建立高效独立的离子电子通道可以从材料上下功夫。锂离子电池材料一般导电性不佳,而涂炭可增加导电性;锂离子的通导性也不够好,则可以把颗粒做小,如此一来,锂离子不用移动过长的距离,这也是为何市场上锂电池电极材料越做越小的原因,此外,小颗粒能让结构更加稳定。
        以纳米线为例,纳米线与碳管交叉在一起的复合结构,导电性非常好,是用于超级电容的绝佳材料。为了让导离子的速度更快,用了五氧化二钒做辅助,五氧化二钒是一种层状材料,它本身就拥有很大的空间,并且我们可以把层间距进一步从0.35纳米扩大到0.45纳米,这样锂离子可以跑的更快。这种做出来的复合物不仅可以作为超级电容的材料,还能作为钠电池、钠电容的材料。因为钠本身的价格就比较便宜,其储量也远远多于锂离子。
对于纳米颗粒也是一样,研究的也更多,除了将纳米颗粒与碳管直接混合,还可以将很小的纳米颗粒做成球形和碳管组装起来,这种方法效果很好,做出的来结构能使电池的倍率更高,寿命更加长。
        值得我们去了解的是,纳米颗粒在很多情况下都是做成亲油性的,就是我们所说的天然斥水。而还有一种情况就是亲水性,这就需要用特殊的方法去处理。通常情况下的碳管容易吸附丙烯酸,那在纳米颗粒与碳管复合时就可以先让碳管吸附一点丙烯酸。
       此外,还有一种更简单的方法叫喷雾干燥。也就是把纳米颗粒、碳管或者导电的东西,直接进行喷雾干燥,做成一个个颗粒。这样有一个好处就是,在喷雾过程中,碳管会伸出来和氧化铁之类的材料形成一种特殊结构,使得材料外部不导电,而内部却有良好的导电性。这个技术原理跟喷雾奶粉一样,极易工业化。
        电池材料不仅有正负极,电解液也是极为关键的。目前科研人员研究出了一种添加剂,能实现电解液中的负离子不动,只有正离子移动,如此一来,锂离子移动速度将成几何倍数的提高,电池可以高倍率的充放电,实现快速充电。
 
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