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有關(guān)可以提升鋰電池性能的新型材料基本情況

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2022年05月31日  

1、鋰離子電池新型材料之新型高熵儲(chǔ)能材料


由德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院提出的一種適合儲(chǔ)能應(yīng)用的新型高熵材料,研究人員以多陽(yáng)離子過渡金屬基高熵氧化物為前體,LiF或NaCl為反應(yīng)物,用簡(jiǎn)易機(jī)械化學(xué)方法,制備多陰離子和多陽(yáng)離子化合物,從而生成鋰化或鈉化材料,成功合成一種具有巖石鹽結(jié)構(gòu)的氟氧基正極活性材料,適用于下一代鋰離子電池應(yīng)用。


這種鋰離子電池新型材料優(yōu)勢(shì)在于熵穩(wěn)定,表現(xiàn)出更強(qiáng)的鋰儲(chǔ)存性能,改變了傳統(tǒng)鋰離子電池的組成元素,提升循環(huán)性能,還且可以減少電池正極中有毒和昂貴元素使用。


2、鋰離子電池新型材料之層狀氧化物


據(jù)行業(yè)媒體報(bào)道資料國(guó)內(nèi)研究人員在層狀金屬氧化物領(lǐng)域的研究取得進(jìn)展,研究人員發(fā)現(xiàn)在層狀氧化物中氧的擴(kuò)散遠(yuǎn)比人們想象中的容易,氧離子在電池循環(huán)過程中的擴(kuò)散流失導(dǎo)致材料內(nèi)部形成了大量的納米尺寸氣泡,同時(shí)引發(fā)材料晶體結(jié)構(gòu)的相變,成果已公布于《自然納米技術(shù)》。


這種鋰離子電池新型材料改變了人們對(duì)氧離子在層狀金屬氧化物中的出現(xiàn)和擴(kuò)散規(guī)律的理解,對(duì)鋰離子電池正極材料穩(wěn)定性供應(yīng)了重要的研究基礎(chǔ)。


3、鋰離子電池新型材料之多層硅/碳復(fù)合結(jié)構(gòu)


西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與西交大蘇州研究院及納米學(xué)院合作,基于原位可控凝膠化過程,制備出Cu導(dǎo)電添加劑及碳納米管增強(qiáng)的多層硅/碳復(fù)合結(jié)構(gòu)。其多層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和碳納米管增韌碳基體可有效釋放充放電過程中硅負(fù)極體積變化而出現(xiàn)的巨大應(yīng)力,Cu導(dǎo)電添加劑的引入提升了復(fù)合材料的導(dǎo)電性。成果已公布于《美國(guó)化學(xué)會(huì)納米》。


突破點(diǎn):該復(fù)合材料電極在1Ag-1的大電流密度下經(jīng)過900次循環(huán)后比容量達(dá)到1500mAhg-1;在4Ag-1的大電流密度下循環(huán)展示出1035mAhg-1的比容量,充分表明在硅顆粒巨大體積變化過程中電極材料仍保持優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該研究工作通過微觀組織和界面結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)解決了硅負(fù)電極體積效應(yīng)這一瓶頸問題,有望為新一代高性能鋰離子硅負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用供應(yīng)重要參考。


4、鋰離子電池新型材料之環(huán)己六酮


我國(guó)科學(xué)院院士、南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳軍團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種具有超高容量的鋰離子電池有機(jī)正極材料環(huán)己六酮,放電比容量可達(dá)902mAhg-1。此外,由于環(huán)己六酮在高極性的離子液體中的溶解度較低,使得其在離子液體基的電解液中具有較好的循環(huán)性能,組裝的電池體現(xiàn)高容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命等特點(diǎn)。成果已公布于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》。


此類有機(jī)正極材料展現(xiàn)了鋰離子電池目前所報(bào)道的最高容量值,刷新了鋰離子電池有機(jī)正極材料容量的世界紀(jì)錄。這項(xiàng)工作為高容量有機(jī)電極材料的設(shè)計(jì)、制備以及電池應(yīng)用供應(yīng)了一種新的思路。以環(huán)己六酮為正極的鋰離子電池能夠?qū)崿F(xiàn)電池容量更高、壽命更長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì),為將來電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用供應(yīng)支撐。


5、鋰離子電池新型材料之石墨+鹵素轉(zhuǎn)換插層化學(xué)


馬里蘭大學(xué)在石墨中引入鹵素轉(zhuǎn)換插層化學(xué),創(chuàng)新研發(fā)復(fù)合電極,并將這一陰極與鈍化石墨陽(yáng)極相結(jié)合,打造出能達(dá)到4V的鋰離子水系全電池,能量密度為460Wh/kg,庫(kù)侖效率約為100%。電池基于負(fù)離子轉(zhuǎn)換-插層機(jī)制,結(jié)合高能量密度的轉(zhuǎn)換反應(yīng),具有插層的優(yōu)良可逆性,提高水系電池的安全性。


突破點(diǎn):這種電池從根本上不同于雙離子電池。雙離子電池將復(fù)雜陰離子,在低填充密度下,可逆性插入到石墨中,穩(wěn)定的陰離子不發(fā)生氧化還原反應(yīng),導(dǎo)致容量低于120mAh/g。新型全電池的能量密度約為460Wh/kg,超過最先進(jìn)的非水液態(tài)鋰離子電池(考慮到電解質(zhì)質(zhì)量后,其能量密度仍能達(dá)到304Wh/kg)。


6、鋰離子電池新型材料之氮化硼納米涂層


哥倫比亞大學(xué)通過植入氮化硼(BN)納米涂層穩(wěn)定鋰離子電池中的電解質(zhì),從而降低電池短路的風(fēng)險(xiǎn)。


突破點(diǎn):鋰離子電池內(nèi)部的液體電解質(zhì)高度易燃,存在短路、起火風(fēng)險(xiǎn),但5至10納米的氮化硼(BN)納米膜即可用作保護(hù)層,從而隔絕金屬鋰和電解質(zhì)之間的電接觸,氮化硼(BN)納米膜在化學(xué)上和機(jī)械上又對(duì)鋰穩(wěn)定,電子絕緣水平高,所以其可在較大程度上提高鋰離子電池安全性。


7、電池新型材料之非晶Al2O3涂層


韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)研究人員利用非晶Al2O3實(shí)現(xiàn)石墨表面改良,非晶Al2O3涂層大幅提升了石墨等電池材料與蓄電池隔板的潤(rùn)濕性。研究人員采用LiCoO2陰極及涂覆Al2O3的石墨陽(yáng)極開展純電芯測(cè)試,經(jīng)試驗(yàn)證明,引入非晶Al2O3后可提高石墨陽(yáng)極材料的充電性能。成果已公布于《能源雜志》。


在4000mA/g的高充電速率下,表面改良型石墨的可逆容量約為337.1?mAh/g,其中Al2O3的重量占比為1%,在電量強(qiáng)度為100?mA/g時(shí),相對(duì)應(yīng)的電容保有量約為97.2%。據(jù)研究人員預(yù)計(jì),涂層提升了石墨電極整個(gè)表面區(qū)域的電解質(zhì)滲透率,從而提升石墨陽(yáng)極材料的快充性能。該成果提升了鋰離子電池石墨陽(yáng)極材料的快充性能表現(xiàn)。


8、鋰離子電池新型材料之多孔硅基復(fù)合負(fù)極(ASD-SiOC)


東華大學(xué)材料學(xué)院楊建平研究員課題組及江莞教授研究團(tuán)隊(duì)在硅基鋰離子電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)選取苯基橋聯(lián)的有機(jī)硅前驅(qū)體,采用溶膠-凝膠法和高溫煅燒兩步反應(yīng),制備出一種新的多孔硅基復(fù)合負(fù)極(ASD-SiOC),表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。成果已公布于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》。


這種新的設(shè)計(jì)具有眾多優(yōu)點(diǎn):活性基質(zhì)SiOx單元與碳可以實(shí)現(xiàn)原子尺度下的復(fù)合;碳三維網(wǎng)絡(luò)有效提高了材料的導(dǎo)電性;多孔結(jié)構(gòu)既緩沖了體積膨脹,又加快了鋰離子的傳輸;在后續(xù)的循環(huán)過程中,ASD-SiOC負(fù)極可以轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)高的庫(kù)倫效率。該研究表明碳分布關(guān)于保持復(fù)合負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性具有非常重要的用途。

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