Tillämpning av nanoteknik i litiumjonbatterier
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 energilagringsdensitet. Och bra säkerhetsprestanda. Med den kontinuerliga utvecklingen av tekniken har energitätheten och effekttätheten för litiumjonbatterier också förbättrats kontinuerligt, bland vilka nanotekniken har gett ett outplånligt bidrag. Eftersom LiFePO4 har dålig ledningsförmåga, för att förbättra dess ledningsförmåga, har människor förberett den till nanopartiklar, vilket avsevärt förbättrar den elektrokemiska prestandan hos LiFePO4. Dessutom är den negativa kiselelektroden också en förmånstagare av nanoteknik. Nano-kiselpartiklar kan väl undertrycka volymexpansionen av Si under litiuminterkalering och förbättra cykelprestandan hos Si-material.
Katod material
1.LiFePO4-material
LiFePO4-material har god termisk stabilitet och låg kostnad. På grund av den unika kovalenta bindningsstrukturen inuti LiFePO4-materialet är den elektroniska ledningsförmågan hos LFP-materialet mycket låg, vilket begränsar dess höga laddnings- och urladdningsprestanda. För detta ändamål görs 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 laddas ur 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 dock 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 strukturen på SEI-filmen. Vissa billiga metalljoner i huvudgruppen kan tillsättas i LMO för att ersätta en del av Mn, vilket ökar valenstillståndet för Mn-elementet och minskar Mn3 + i en låg SoC. Ytan på LMO-materialpartiklarna kan också beläggas med ett lager av oxider och fluorider med en tjocklek på 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 god cykelprestanda. NMC-materialet är dock extremt känsligt för oxidation av elektrolyten i laddat tillstånd. För att undertrycka reaktiviteten hos NMC-materialet med hög nickelhalt och elektrolyten är materialet belagt med nanopartiklar för att undvika direktkontakt mellan materialpartiklarna och elektrolyten. Förbättrade materialets livslängd 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.
Material för anod
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. Skydd av formulär. Vanliga metoder för ytskydd av grafit är bland annat ytoxidation och nanobeläggningsteknik.
Nanobeläggningstekniken omfattar tre kategorier: amorft kol, metaller och metalloxider. Bland dem erhålls amorft kol huvudsakligen genom en vakuumkemisk avsättning CVD-metod, vilket är låg kostnad och lämpligt för storskalig produktion. Nanobeläggningar av metall och metalloxid erhålls huvudsakligen med våtkemiska metoder, som väl kan skydda grafit och förhindra nedbrytning av elektrolyter.
2. Förbättra hastighetsprestandan för litiumtitanat LTO- och TiO2-material
LTO-materialet har hög säkerhet, ingen stress kommer att genereras under Li-interkalation och deinterkalation, 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 huvudsakligen partikelnanoteknik, nanobeläggningsteknik och LTO-nanomaterial och ledande material kompositapplikationer på LTO. LTO-materialnanoisering kan effektivt minska diffusionsavståndet för Li +, öka kontaktytan med elektrolyten, stärka laddningsutbytet och förbättra hastighetsprestandan.
3. Öka energitätheten hos kiselanoden
Den teoretiska specifika kapaciteten hos Si-material når 3572mAh / g, vilket är mycket högre än för grafitmaterial. Si har dock en volymexpansion på 300 % under processen med litiuminterkalering och delithiation, vilket resulterar i partikelbrott och aktiv materialutsöndring. Si-materialet omvandlas till nanopartiklar för att lindra den mekaniska påfrestningen 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 konduktiviteten hos S och problemet med upplösning av litiuminterkalationsprodukter. Genom att blanda S med porösa ihåliga kol- eller metalloxidnanopartiklar kan stabiliteten hos S förbättras avsevärt och elektrodens omloppsprestanda kan förbättras. Dessutom kan sammansättningen av S- och grafenmaterial också avsevärt förbättra cykelprestandan hos S-negativa elektroder.