3D泡沫集流體大幅提升鋰離子電池體積能量密度

時間:2018-08-07 09:57來源:新能源Leader 作者:綜合報道
點擊: 次

        目前商業(yè)鋰離子電池普遍采用的集流體為Al箔和Cu箔，正負極活性物質(zhì)通過涂布工藝在集流體的表面形成二維膜，集流體與活性物質(zhì)膜之間只是通過有限的界面接觸，因此接觸阻抗較大，容易成為鋰離子電池倍率性能的限制因素。
 
        集流體是鋰離子電池內(nèi)部重要的組成部分，正負極活性物質(zhì)中的電子通過集流體進入到外電路，并最終返回到另一側(cè)的活性物質(zhì)之中。目前商業(yè)鋰離子電池普遍采用的集流體為Al箔和Cu箔，正負極活性物質(zhì)通過涂布工藝在集流體的表面形成二維膜，集流體與活性物質(zhì)膜之間只是通過有限的界面接觸，因此接觸阻抗較大，容易成為鋰離子電池倍率性能的限制因素，例如我們在上一篇文章中曾經(jīng)提到過，韓國公州國立大學通過對Al箔表面氧化-腐蝕處理大幅增加了Al箔表面的粗燥程度，提升活性物質(zhì)與集流體之間的接觸面積，降低了接觸阻抗，減少了電池極化，大幅提升了LCO材料的倍率性能。
 
        增加接觸面積是降低活性物質(zhì)與集流體之間接觸電阻的最為有效的方法，近日美國加州大學圣迭戈分校的Daniel J. Noelle等采用泡沫Al和泡沫Cu作為集流體，有效增加了活性物質(zhì)與集流體之間的接觸面積，從而能將鋰離子電池的涂布量提高到創(chuàng)紀錄的16.7mAh/cm2(138mg/cm2，普通高比能電池的兩倍)，鋰離子電池的體積能量密度提升達到22%，同時該電極結(jié)構(gòu)還改善了鋰離子電池的熱穩(wěn)定性，在外短路和擠壓測試中采用該結(jié)構(gòu)的電池產(chǎn)生的最高溫度僅為普通電池的25%。
 
        實驗中采用的泡沫Al和泡沫Cu集流體來自日本住友電氣工業(yè)株式會社，泡沫Al的厚度為1mm，孔隙率為95%，孔密度為45PPI(每英寸孔的數(shù)量)，泡沫Cu的厚度也為1mm，孔隙率為94%，孔密度為105PPI。Daniel J. Noelle將鋰離子電池漿料填充在這些微孔之中，并在80℃下干燥24h，然后采用輥壓工藝將上述電極碾壓到600um，其中正極采用LiCoO2作為活性物質(zhì)，負極采用石墨作為活性物質(zhì)。
 
        下圖為上述的電極組成的2032型扣式電池的倍率性能測試曲線，從圖中可以看到在0.38mA/cm2的電流密度下，單位面積的可逆容量達到16.7mAh/cm2，是普通高比能鋰離子電池的兩倍左右。但是電極的容量隨著倍率增加衰降較快，當放電電流提高到1.88mA/cm2后，電極的單位面積容量就下降到了5mAh/cm2。
 
        下表中作者對比了普通商業(yè)2032型扣式電池和泡沫集流體2032扣式電池的電性能，從表中我們在重量能量密度上普通商業(yè)2032扣式電池更加具有優(yōu)勢，大約比泡沫集流體電池高11%，但是從體積能量密度上看，泡沫集流體電池則扳回一城，比商業(yè)2032扣式電池高22%。
 
        泡沫集流體的優(yōu)勢不僅僅體現(xiàn)在提升體積能量密度上，泡沫集流體的結(jié)構(gòu)特點使得鋰離子電池的安全性得到了大幅提升，根據(jù)測試采用泡沫集流體的電池在外短路試驗中，開始3s的電流僅為普通商業(yè)電池的38%，在隨后的5min里更是下降到了普通商業(yè)鋰離子電池的14%，短路電流的下降也帶來了產(chǎn)熱的降低，在整個外短路試驗中電池的最高溫度僅為普通商業(yè)電池的25%。
 
        Al的密度較輕，因此在微孔密度45PPI時金屬Al所占正極的比重僅為8%，但是微孔密度為105PPI的泡沫Cu卻占到了負極重量的38%以上，因此在實際應用中可以適當降低泡沫Cu的微孔密度和厚度，以提重量能量密度。
 
        Daniel J. Noelle采用的泡沫Al、泡沫Cu作為鋰離子電池的集流體主要優(yōu)勢體現(xiàn)在高負載量上，達到了138mg/cm2，是普通Al箔、Cu箔集流體的負載量的兩倍以上，因此在體積能量密度上就體現(xiàn)出了非常大的優(yōu)勢，比普通商業(yè)鋰離子電池高出22%，但是由于泡沫Cu的重量比較大因此在重量能量密度上，采用泡沫集流體的電池要比普通商業(yè)鋰離子電池低11%左右。因此總的來看，泡沫Al、Cu集流體更加適合應用在一些對于鋰離子電池充放電倍率要求不高，但是對鋰離子電池體積限制比較大的領(lǐng)域，例如穿戴設(shè)備和微電子等領(lǐng)域。
(責任編輯：王杰)
作者：綜合報道 ，如若轉(zhuǎn)載，請注明出處：http://jzr14e.cn/shushuo/jishu/2018080725426.html
看完這篇還不夠？如果你也也是同行業(yè)需要發(fā)布您的新聞報道，請 戳這里 告訴我們！
免責聲明：本文僅代表作者個人觀點，與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實，對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源：XXX（非中國電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請在一周內(nèi)進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡

  • 鋰離子電池隔膜的主要性能參數(shù)有哪些？

    鋰電池隔膜 是 鋰離子電池 關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，其性能決定了 電池 的接口結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響了電池的能量、循環(huán)以及安全性等特性，質(zhì)量較高的隔膜對提高 鋰電池 綜合性能起到重要的作用。那么，鋰離子電池隔膜主要性能參數(shù)有哪些呢？ 1、厚度：對于消耗
    2023-01-24 18:18
    		•

  • 三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池的特點和優(yōu)劣勢詳解

    動力蓄電池包括鋰離子動力蓄電池、金屬氫化物/鎳動力蓄電池等。
    2022-05-07 11:46
    		•

  • 動力電池余能檢測有“法”可依

    在政策引導和市場驅(qū)動下，新能源汽車市場份額不斷增長，伴隨第一批電動車退役，越來越多的動力電池下崗。在此背景下，動力電池回收形成產(chǎn)業(yè)，不斷擴大規(guī)模，不僅避免二次污染，還能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟價值。 回收的電池都去哪了呢？一般來說，動力電池容量不足標
    2021-10-20 19:43
    		•

  • 寧德時代：NCM811鋰離子電池高溫存儲性能衰退機理

    我們一起學習一下寧德時代在高溫存儲性能衰退方面的研究。
    2021-05-27 11:42
    		•

  • 高壓鎳基鋰離子電池在高溫日歷容量衰減機理分析

    本研究重點研究了鋰離子電池在非自加熱溫度區(qū)域的充放電性能變化，采用由熱穩(wěn)定性最低的鎳基正極材料(充滿電狀態(tài))組成的18650鋰離子電池在80°C儲存下，研究了電池的性能劣化行為和機理。
    2021-05-17 11:41
    		•

  • 黃學杰團隊：鋰離子電池補鋰技術(shù)

    本文總結(jié)了補鋰技術(shù)的發(fā)展狀況和本課題組在補鋰技術(shù)方面的一些工作，并展望了補鋰技術(shù)在鋰離子電池中的應用前景。
    2021-05-07 11:35
    		•

  • 軟包鋰離子電池封裝技術(shù)

    軟包鋰離子電池封裝的意義與目的在于使用高阻隔性的軟包裝材料將電芯內(nèi)部與外部完全隔絕，使內(nèi)部處于真空、無氧、無水的環(huán)境。
    2021-04-21 11:44
    		•

  • AM：這個材料不簡單，不加導電劑大幅提高鈉/鋰電池體積能量密度

    為提高電池體積能量密度，吉林大學-超硬材料國家重點實驗室杜菲教授等人提出了一種有效的多晶型工程策略來提高FeSe的體積容量。
    2021-04-19 11:29
    		•

  • 孚能科技330Wh/kg高能量密度電池技術(shù)解析

    2021年4月1日，孚能科技（贛州）股份有限公司發(fā)布公告指出公司研發(fā)出可達到330Wh/kg高能量密度電池。本文根據(jù)自己的電池設(shè)計經(jīng)驗和公開資料對330Wh/kg高能量密度電池技術(shù)進行解析。
    2021-04-07 10:28
    		•

  • 為什么鋰離子電池會析鋰 ？

    析鋰不僅使電池性能下降，循環(huán)壽命大幅縮短，還限制了電池的快充容量，并有可能引起燃燒、爆炸等災難性后果。
    2021-03-31 11:45
    		•
專題
相關(guān)新聞

  • 鋰離子電池隔膜的主要性能參數(shù)有哪些？

    鋰電池隔膜 是 鋰離子電池 關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，其性能決定了 電池 的接口結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響了電池的能量、循環(huán)以及安全性等特性，質(zhì)量較高的隔膜對提高 鋰電池 綜合性能起到重要的作用。那么，鋰離子電池隔膜主要性能參數(shù)有哪些呢？ 1、厚度：對于消耗
    2023-01-24 18:18

  • 三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池的特點和優(yōu)劣勢詳解

    動力蓄電池包括鋰離子動力蓄電池、金屬氫化物/鎳動力蓄電池等。
    2022-05-07 11:46

  • 動力電池余能檢測有“法”可依

    在政策引導和市場驅(qū)動下，新能源汽車市場份額不斷增長，伴隨第一批電動車退役，越來越多的動力電池下崗。在此背景下，動力電池回收形成產(chǎn)業(yè)，不斷擴大規(guī)模，不僅避免二次污染，還能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟價值。 回收的電池都去哪了呢？一般來說，動力電池容量不足標
    2021-10-20 19:43

  • 寧德時代：NCM811鋰離子電池高溫存儲性能衰退機理

    我們一起學習一下寧德時代在高溫存儲性能衰退方面的研究。
    2021-05-27 11:42

  • 高壓鎳基鋰離子電池在高溫日歷容量衰減機理分析

    本研究重點研究了鋰離子電池在非自加熱溫度區(qū)域的充放電性能變化，采用由熱穩(wěn)定性最低的鎳基正極材料(充滿電狀態(tài))組成的18650鋰離子電池在80°C儲存下，研究了電池的性能劣化行為和機理。
    2021-05-17 11:41

  • 黃學杰團隊：鋰離子電池補鋰技術(shù)

    本文總結(jié)了補鋰技術(shù)的發(fā)展狀況和本課題組在補鋰技術(shù)方面的一些工作，并展望了補鋰技術(shù)在鋰離子電池中的應用前景。
    2021-05-07 11:35

  • 軟包鋰離子電池封裝技術(shù)

    軟包鋰離子電池封裝的意義與目的在于使用高阻隔性的軟包裝材料將電芯內(nèi)部與外部完全隔絕，使內(nèi)部處于真空、無氧、無水的環(huán)境。
    2021-04-21 11:44

  • AM：這個材料不簡單，不加導電劑大幅提高鈉/鋰電池體積能量密度

    為提高電池體積能量密度，吉林大學-超硬材料國家重點實驗室杜菲教授等人提出了一種有效的多晶型工程策略來提高FeSe的體積容量。
    2021-04-19 11:29
本月熱點
歡迎投稿
聯(lián)系人：王女士
Email：cbcu#cbcu.com.cn
發(fā)送郵件時用@替換#
電話：010-56284224
在線投稿
微信公眾號