Tillämpning av nanoteknik i litiumjonbatteri
Litiumjonbatteri, som högeffektiva energilagringskomponenter, har använts i stor utsträckning inom konsumentelektronik. Litiumjonbatterier har använts i mobiltelefoner och bärbara datorer. Litiumjonbatterier har uppnått så lysande resultat tack vare sin ultrahöga energilagringstäthet. Och bra säkerhetsprestanda. Med den kontinuerliga utvecklingen av teknik har litiumjonbatteriernas energitäthet och effekttäthet kontinuerligt förbättrats, bland annat nanotekniken har gjort ett outplånligt bidrag. Eftersom LiFePO4 har dålig ledningsförmåga, för att förbättra dess ledningsförmåga, har människor förberett den i nanopartiklar, vilket avsevärt förbättrar den elektrokemiska prestandan hos LiFePO4. Dessutom är den kiselnegativa elektroden också en mottagare av nanoteknik. Nano-kiselpartiklar kan väl undertrycka volymutvidgningen av Si under litiuminterkalering och förbättra cykelprestandan hos Si-material.
Katodmaterial
1.LiFePO4-material
LiFePO4-materialet har god termisk stabilitet och låg kostnad. På grund av den unika kovalenta bindningsstrukturen inuti LiFePO4-materialet är LFP-materialets elektroniska ledningsförmåga mycket låg, vilket begränsar dess höga laddnings- och urladdningsprestanda. För detta ändamål tillverkas LFP-material till nanopartiklar och beläggs med material som ledande material, ledande polymerer och metaller. Dessutom, genom att införliva en icke-stökiometrisk dopningsmetod för fast lösning i nano-LFP-partiklarna, kan den elektroniska ledningsförmågan hos LFP-nanopartiklarna ökas med 108, så att LFP-materialet kan laddas och släppas ut inom 3 minuter. Detta är särskilt viktigt för elfordon.
2.Hämma Nedbrytning av LiMn2O4-material
LMO-material har tredimensionella Li + diffusionskanaler och har därför en hög jondiffusionskoefficient. Mn3 + bildas emellertid i ett lågt SoC-tillstånd. På grund av förekomsten av Jonh-Teller-effekten är LMO-strukturen instabil. En del av Mn-elementet löses upp i elektrolyten och deponeras slutligen på ytan av den negativa elektroden, vilket förstör SEI-filmens struktur. Vissa billiga huvudgruppmetalljoner kan tillsättas i LMO för att ersätta en del av Mn, vilket ökar valenstillståndet för Mn-elementet och reducerar Mn3 + i en låg SoC. Ytan på LMO-materialpartiklarna kan också beläggas med ett lager av oxider och fluorider med en tjocklek av 10-20 nm.
3. Hämma NMC kemisk aktivitet
Den specifika kapaciteten hos NMC-material, särskilt NMC-material med hög nickelhalt, kan vara så hög som 200 mAh / g eller mer, och de har mycket bra cykelprestanda. NMC-materialet är emellertid extremt mottagligt för oxidation av elektrolyten i laddat tillstånd. För att undertrycka reaktiviteten hos det höga nickel NMC-materialet och elektrolyten är materialet belagt med nanopartiklar för att undvika direktkontakt mellan materialpartiklarna och elektrolyten. Förbättrade materialets cykellivslängd avsevärt. Dessutom är nanopartiklar med kärnskalstruktur också en effektiv metod för att minska reaktiviteten. Det höga Mn-skalet har god stabilitet, men kapaciteten är låg och den höga nickelkärnkapaciteten är hög, men reaktiviteten är stor.
Anodmaterial
1.Skydd av grafitmaterial
Grafitmaterial har låg litiuminsättningsspänning, vilket är mycket lämpligt som ett negativt elektrodmaterial för litiumjonbatterier. Den litiumdopade grafiten har en stark reaktivitet och kommer att reagera med organiska elektrolyter, vilket gör att grafitarket faller av och elektrolyten sönderdelas. Även om SEI-filmen kan undertrycka nedbrytningen av elektrolyten, är SEI-filmen inte 100% resistent mot den grafitnegativa elektroden. Formskydd. Vanliga ytskyddsmetoder för grafit inkluderar ytoxidation och nanobeläggningsteknik.
Nanobeläggningsteknik omfattar tre kategorier: amorft kol, metaller och metalloxider. Bland dem erhålls amorft kol huvudsakligen genom en vakuumkemisk avsättnings-CVD-metod, vilket är låg kostnad och lämpligt för storskalig produktion. Nanobeläggningar av metall och metalloxid erhålls huvudsakligen genom våtkemiska metoder, vilket väl kan skydda grafit och förhindra elektrolytnedbrytning.
2.Förbättra hastighetsprestandan för litiumtitanat LTO- och TiO2-material
LTO-materialet har hög säkerhet, ingen spänning kommer att genereras under Li-interkalering och deinterkalering, och litiuminterkalationspotentialen är hög, vilket inte kommer att orsaka sönderdelning av elektrolyten. Det är ett mycket utmärkt anodmaterial. LTO-material har dock låg specifik kapacitet och låg elektronisk och jonisk ledningsförmåga. För närvarande använder nanoteknik främst partikelnanoteknik, nanobeläggningsteknik och LTO-nanomaterial och ledande materialkompositapplikationer på LTO. LTO-materialnano-isering kan effektivt minska diffusionsavståndet för Li +, öka kontaktytan med elektrolyten, stärka laddningsutbytet och förbättra hastighetsprestandan.
3. Öka kiselandens energitäthet
Den teoretiska specifika kapaciteten hos Si-materialet når 3572mAh / g, vilket är mycket högre än för grafitmaterial. Si har emellertid en volymutvidgning på 300% under processen med litiuminterkalering och delithiation, vilket resulterar i partikelbrott och aktiv materialsöndring. Si-materialet görs till nanopartiklar för att lindra den mekaniska spänningen som orsakas av expansionen av Si-partiklarna.
Li-S-batterier har hög energitäthet och låg kostnad och är mycket lovande nästa generations energilagringsbatterier. De största problemen som Li-S-batterier för närvarande står inför är dock den låga ledningsförmågan hos S och problemet med upplösning av litiuminterkaleringsprodukter. Genom att förena S med porösa ihåliga kol- eller metalloxidoxidnanopartiklar kan stabiliteten hos S förbättras avsevärt och elektrodens cykelprestanda kan förbättras. Dessutom kan kompositering av S- och grafenmaterial också avsevärt förbättra cykelprestandan hos S-negativa elektroder.