Anwendung der Nanotechnologie in Lithium-Ionen-Batterien
Batería de iones de litio, como componentes de almacenamiento de energía de alta eficiencia, se han utilizado ampliamente en el campo de la electrónica de consumo. Las baterías de iones de litio se han utilizado en teléfonos móviles y portátiles. Las baterías de iones de litio han logrado resultados tan brillantes gracias a su densidad de almacenamiento de energía ultra alta. Y buen rendimiento de seguridad. Con el continuo desarrollo de la tecnología, la densidad de energía y la densidad de potencia de las baterías de iones de litio también se han mejorado continuamente, entre las cuales la nanotecnología ha hecho una contribución indeleble. Debido a que LiFePO4 tiene una conductividad deficiente, para mejorar su conductividad, las personas lo han preparado en nanopartículas, lo que mejora en gran medida el rendimiento electroquímico de LiFePO4. Además, el electrodo negativo de silicio también es un beneficiario de la nanotecnología. Las partículas de nanosilicio pueden suprimir la expansión del volumen de Si durante la intercalación de litio y mejorar el rendimiento del ciclo de los materiales de Si.
Material catódico
1.LiFePO4 material
El material LiFePO4 tiene una buena estabilidad térmica y bajo costo. Debido a la estructura de enlace covalente única dentro del material LiFePO4, la conductividad electrónica del material LFP es muy baja, lo que limita su alto rendimiento de carga y descarga. Con este fin, los materiales LFP se convierten en nanopartículas y se recubren con materiales como materiales conductores, polímeros conductores y metales. Además, al incorporar un método de dopaje de solución sólida no estequiométrica en las partículas nano-LFP, la conductividad electrónica de las nanopartículas LFP se puede aumentar en 108, de modo que el material LFP se puede cargar y descargar en 3 minutos. Esto es particularmente importante para los vehículos eléctricos.
2.Inhibir la descomposición del material LiMn2O4
Los materiales LMO tienen canales de difusión tridimensionales de Li + y, por lo tanto, tienen un alto coeficiente de difusión iónica. Sin embargo, Mn3 + se forma en un estado soC bajo. Debido a la existencia del efecto Jonh-Teller, la estructura del OVM es inestable. Parte del elemento Mn se disuelve en el electrolito y finalmente se deposita en la superficie del electrodo negativo, lo que destruye la estructura de la película SEI. Se pueden agregar algunos iones metálicos del grupo principal de bajo costo en el LMO para reemplazar parte de Mn, aumentando así el estado de valencia del elemento Mn y reduciendo Mn3 + en un SoC bajo. La superficie de las partículas de material LMO también se puede recubrir con una capa de óxidos y fluoruros con un espesor de 10-20 nm.
3. Inhibir la actividad química de NMC
La capacidad específica de los materiales NMC, especialmente los materiales NMC con alto contenido de níquel, puede ser tan alta como 200mAh / g o más, y tienen un muy buen rendimiento de ciclo. Sin embargo, el material NMC es extremadamente susceptible a la oxidación del electrolito en el estado cargado. Para suprimir la reactividad del material NMC de alto níquel y el electrolito, el material está recubierto con nanopartículas para evitar el contacto directo entre las partículas del material y el electrolito. Mejoró enormemente la vida útil del ciclo del material. Además, las nanopartículas con estructura núcleo-cáscara también son un método eficaz para reducir la reactividad. La cáscara de alto Mn tiene una buena estabilidad, pero la capacidad es baja y la alta capacidad del núcleo de níquel es alta, pero la reactividad es grande.
Material del ánodo
1. Protección del material de grafito
El material de grafito tiene un bajo voltaje de inserción de litio, que es muy adecuado como material de electrodo negativo para baterías de iones de litio. El grafito dopado con litio tiene una fuerte reactividad y reaccionará con electrolitos orgánicos, haciendo que la lámina de grafito se caiga y el electrolito se descomponga. Aunque la película SEI puede suprimir la descomposición del electrolito, la película SEI no es 100% resistente al electrodo negativo de grafito. Protección de la forma. Los métodos comunes de protección de la superficie del grafito incluyen la oxidación de la superficie y la tecnología de nano-recubrimiento.
Las tecnologías de nano-recubrimiento incluyen tres categorías: carbono amorfo, metales y óxidos metálicos. Entre ellos, el carbono amorfo se obtiene principalmente por un método CVD de deposición química al vacío, que es de bajo costo y adecuado para la producción a gran escala. Los nano-recubrimientos de metal y óxido metálico se obtienen principalmente por métodos químicos húmedos, que pueden proteger bien el grafito y prevenir la descomposición de electrolitos.
2.Mejorar el rendimiento de la tasa de titanato de litio LTO y materiales de TiO2
El material LTO tiene una alta seguridad, no se generará tensión durante la intercalación y desintercalización de Li, y el potencial de intercalación de litio es alto, lo que no causará la descomposición del electrolito. Es un material de ánodo muy excelente. Sin embargo, los materiales LTO tienen baja capacidad específica y baja conductividad electrónica e iónica. En la actualidad, la nanotecnología utiliza principalmente nanotecnología de partículas, tecnología de nanorecubrimiento y nanomateriales LTO y aplicaciones compuestas de materiales conductores en LTO. La nano-ización de materiales LTO puede reducir efectivamente la distancia de difusión de Li +, aumentar el área de contacto con el electrolito, fortalecer el intercambio de carga y mejorar el rendimiento de la tasa.
3. Aumentar la densidad de energía del ánodo de silicio
La capacidad específica teórica del material Si alcanza los 3572mAh / g, que es mucho mayor que la del material de grafito. Sin embargo, el Si tiene una expansión de volumen del 300% durante el proceso de intercalación y delitiación del litio, lo que resulta en la rotura de partículas y el desprendimiento de material activo. El material de Si se convierte en nanopartículas para aliviar el estrés mecánico causado por la expansión de las partículas de Si.
Las baterías Li-S tienen una alta densidad de energía y bajo costo, y son baterías de almacenamiento de energía de próxima generación muy prometedoras. Sin embargo, los principales problemas a los que se enfrentan actualmente las baterías de Li-S son la baja conductividad de S y el problema de la disolución de los productos de intercalación de litio. Al componer S con nanopartículas huecas porosas de carbono u óxido de óxido metálico, la estabilidad de S se puede mejorar significativamente y se puede mejorar el rendimiento de ciclo del electrodo. Además, la composición de materiales S y grafeno también puede mejorar significativamente el rendimiento de ciclo de los electrodos S negativos.