研究人員用碳填充物改善鋰離子電池性能 顯著提升電導(dǎo)率

時間:2020-11-17 21:52來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：aip）
 
      對許多便攜式設(shè)備和電動汽車來說，鋰離子電池是主要充電電源。但這種電池的用途有限，因為它不能既提供高功率輸出，又支持可逆儲能。據(jù)外媒報道，最近的研究提供了一項解決方案，通過加入導(dǎo)電填充物來改善電池性能。
 
      最佳電池設(shè)計涉及到通過厚電極結(jié)構(gòu)來提高能量密度，但是這種設(shè)計的鋰離子傳輸能力差，影響電極發(fā)揮關(guān)鍵作用。為了促進鋰離子傳輸，研究人員嘗試過各種改進技術(shù)，包括建立垂直排列的通道或制造適當大小的孔。
 
      另一種方法是采用由具有導(dǎo)電性的碳制成的填充物。此項研究考慮三類填充物：單壁碳納米管(SWCNT)、石墨烯納米片和Super P材料。Super P是在石油前體氧化過程中產(chǎn)生的一種碳黑顆粒，也是鋰離子電池中最常用的導(dǎo)電填料。
 
      研究人員將這些填充物分別添加到NCM（鎳、鈷和錳）電極材料中，并用掃描電子顯微鏡觀察復(fù)合材料。他們發(fā)現(xiàn)，SuperP和NCM粒子是以點對點接觸的方式排列。而SWCNT被包裹在NCM顆粒周圍，形成導(dǎo)電涂層。此外，在NCM粒子之間的空隙中，可以觀察到相互連接的SWCNT網(wǎng)絡(luò)。石墨烯納米片也包裹在NCM電極顆粒上，但不如SWCNT那樣均勻。
 
      結(jié)果表明，對NCM電極來說，SWCNT稱得上是最佳導(dǎo)電填充物。研究人員Guihua Yu稱：“所測得的電導(dǎo)率符合滲透理論。在絕緣基質(zhì)中加入導(dǎo)電填充物，當穿過復(fù)合材料的第一個導(dǎo)電通道形成時，電導(dǎo)率就會顯著增加。”由于滲流需要穿過填充物的完整路徑，因此需要有足夠的導(dǎo)電填充物。研究人員考慮到不同的填充量，發(fā)現(xiàn)當SWCNT質(zhì)量比達到0.16%時，NCM電極表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。而要實現(xiàn)同樣的效果，需要更多的Super P和石墨烯。
 
      研究人員通過若干光譜技術(shù)，如拉曼光譜和X射線吸收光譜，來研究所得到的復(fù)合材料。Yu說：“我們的研究結(jié)果表明，將SWCNT加入NCM電極中，能夠促進離子和電荷轉(zhuǎn)移，提高電化學(xué)利用率，特別是在放電率高的情況下。”
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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