Aplicación de la nanotecnología en baterías de iones de litio
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 ordenadores 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 desarrollo continuo 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 poca conductividad, 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 se beneficia de la nanotecnología. Las partículas de nanosilicio pueden suprimir bien la expansión de volumen de Si durante la intercalación de litio y mejorar el rendimiento del ciclo de los materiales de Si.
Material catódico
1. Material LiFePO4
El material LiFePO4 tiene 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 rendimiento de carga y descarga de alta tasa. 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 nanopartículas de LFP, la conductividad electrónica de las nanopartículas de LFP se puede aumentar en 108, de modo que el material de 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 de iones. Sin embargo, Mn3 + se forma en un estado de 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 del Mn, aumentando así el estado de valencia del elemento Mn y reduciendo Mn3 + en un SoC bajo. La superficie de las partículas del material OVM también puede recubrirse 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 200 mAh / g o más, y tienen un rendimiento de ciclo muy bueno. Sin embargo, el material NMC es extremadamente susceptible a la oxidación del electrolito en el estado cargado. Con el fin de suprimir la reactividad del material NMC con alto contenido de níquel y el electrolito, el material se recubre con nanopartículas para evitar el contacto directo entre las partículas del material y el electrolito. Mejoró en gran medida el ciclo de vida del material. Además, las nanopartículas con estructura core-shell también son un método eficaz para reducir la reactividad. La carcasa con alto contenido de Mn tiene 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 los electrolitos orgánicos, lo que hará 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 formularios. Los métodos comunes de protección de superficies de grafito incluyen la oxidación de superficies y la tecnología de nanorrecubrimiento.
Las tecnologías de nanorrecubrimiento incluyen tres categorías: carbono amorfo, metales y óxidos metálicos. Entre ellos, el carbono amorfo se obtiene principalmente mediante un método CVD de deposición química al vacío, que es de bajo costo y adecuado para la producción a gran escala. Los nanorrecubrimientos metálicos y de óxido metálico se obtienen principalmente mediante métodos químicos húmedos, que pueden proteger bien el grafito y evitar la descomposición del electrolito.
2. Mejorar el rendimiento de la tasa de titanato de litio LTO y materiales TiO2
El material LTO tiene alta seguridad, no se generará tensión durante la intercalación y desintercalación 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 nanoización del material 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 de Si alcanza los 3572 mAh / 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 desligación de 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 de Li-S tienen una alta densidad de energía y un 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 del S y el problema de la disolución de los productos de intercalación de litio. Al combinar S con nanopartículas porosas huecas de carbono u óxido de óxido metálico, se puede mejorar significativamente la estabilidad del S y se puede mejorar el rendimiento del ciclo del electrodo. Además, la composición de materiales S y grafeno también puede mejorar significativamente el rendimiento de ciclo de los electrodos S negativos.