鉅大LARGE | 點擊量：1007次 | 2022年05月31日
有關(guān)可以提升鋰電池性能的新型材料基本情況
1、鋰離子電池新型材料之新型高熵儲能材料
由德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院提出的一種適合儲能應(yīng)用的新型高熵材料，研究人員以多陽離子過渡金屬基高熵氧化物為前體，LiF或NaCl為反應(yīng)物，用簡易機械化學(xué)方法，制備多陰離子和多陽離子化合物，從而生成鋰化或鈉化材料，成功合成一種具有巖石鹽結(jié)構(gòu)的氟氧基正極活性材料，適用于下一代鋰離子電池應(yīng)用。
這種鋰離子電池新型材料優(yōu)勢在于熵穩(wěn)定，表現(xiàn)出更強的鋰儲存性能，改變了傳統(tǒng)鋰離子電池的組成元素，提升循環(huán)性能，還且可以減少電池正極中有毒和昂貴元素使用。
2、鋰離子電池新型材料之層狀氧化物
據(jù)行業(yè)媒體報道資料國內(nèi)研究人員在層狀金屬氧化物領(lǐng)域的研究取得進(jìn)展，研究人員發(fā)現(xiàn)在層狀氧化物中氧的擴散遠(yuǎn)比人們想象中的容易，氧離子在電池循環(huán)過程中的擴散流失導(dǎo)致材料內(nèi)部形成了大量的納米尺寸氣泡，同時引發(fā)材料晶體結(jié)構(gòu)的相變，成果已公布于《自然納米技術(shù)》。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這種鋰離子電池新型材料改變了人們對氧離子在層狀金屬氧化物中的出現(xiàn)和擴散規(guī)律的理解，對鋰離子電池正極材料穩(wěn)定性供應(yīng)了重要的研究基礎(chǔ)。
3、鋰離子電池新型材料之多層硅/碳復(fù)合結(jié)構(gòu)
西安交通大學(xué)金屬材料強度國家重點實驗室與西交大蘇州研究院及納米學(xué)院合作，基于原位可控凝膠化過程，制備出Cu導(dǎo)電添加劑及碳納米管增強的多層硅/碳復(fù)合結(jié)構(gòu)。其多層結(jié)構(gòu)特點和碳納米管增韌碳基體可有效釋放充放電過程中硅負(fù)極體積變化而出現(xiàn)的巨大應(yīng)力，Cu導(dǎo)電添加劑的引入提升了復(fù)合材料的導(dǎo)電性。成果已公布于《美國化學(xué)會納米》。
突破點：該復(fù)合材料電極在1Ag-1的大電流密度下經(jīng)過900次循環(huán)后比容量達(dá)到1500mAhg-1;在4Ag-1的大電流密度下循環(huán)展示出1035mAhg-1的比容量，充分表明在硅顆粒巨大體積變化過程中電極材料仍保持優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該研究工作通過微觀組織和界面結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計解決了硅負(fù)電極體積效應(yīng)這一瓶頸問題，有望為新一代高性能鋰離子硅負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用供應(yīng)重要參考。
4、鋰離子電池新型材料之環(huán)己六酮
我國科學(xué)院院士、南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳軍團隊設(shè)計合成了一種具有超高容量的鋰離子電池有機正極材料環(huán)己六酮，放電比容量可達(dá)902mAhg-1。此外，由于環(huán)己六酮在高極性的離子液體中的溶解度較低，使得其在離子液體基的電解液中具有較好的循環(huán)性能，組裝的電池體現(xiàn)高容量和長循環(huán)壽命等特點。成果已公布于《德國應(yīng)用化學(xué)》。
此類有機正極材料展現(xiàn)了鋰離子電池目前所報道的最高容量值，刷新了鋰離子電池有機正極材料容量的世界紀(jì)錄。這項工作為高容量有機電極材料的設(shè)計、制備以及電池應(yīng)用供應(yīng)了一種新的思路。以環(huán)己六酮為正極的鋰離子電池能夠?qū)崿F(xiàn)電池容量更高、壽命更長等優(yōu)勢，為將來電動汽車、儲能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用供應(yīng)支撐。
5、鋰離子電池新型材料之石墨+鹵素轉(zhuǎn)換插層化學(xué)
馬里蘭大學(xué)在石墨中引入鹵素轉(zhuǎn)換插層化學(xué)，創(chuàng)新研發(fā)復(fù)合電極，并將這一陰極與鈍化石墨陽極相結(jié)合，打造出能達(dá)到4V的鋰離子水系全電池，能量密度為460Wh/kg，庫侖效率約為100%。電池基于負(fù)離子轉(zhuǎn)換-插層機制，結(jié)合高能量密度的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，具有插層的優(yōu)良可逆性，提高水系電池的安全性。
突破點：這種電池從根本上不同于雙離子電池。雙離子電池將復(fù)雜陰離子，在低填充密度下，可逆性插入到石墨中，穩(wěn)定的陰離子不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致容量低于120mAh/g。新型全電池的能量密度約為460Wh/kg，超過最先進(jìn)的非水液態(tài)鋰離子電池(考慮到電解質(zhì)質(zhì)量后，其能量密度仍能達(dá)到304Wh/kg)。
6、鋰離子電池新型材料之氮化硼納米涂層
哥倫比亞大學(xué)通過植入氮化硼(BN)納米涂層穩(wěn)定鋰離子電池中的電解質(zhì)，從而降低電池短路的風(fēng)險。
突破點：鋰離子電池內(nèi)部的液體電解質(zhì)高度易燃，存在短路、起火風(fēng)險，但5至10納米的氮化硼(BN)納米膜即可用作保護層，從而隔絕金屬鋰和電解質(zhì)之間的電接觸，氮化硼(BN)納米膜在化學(xué)上和機械上又對鋰穩(wěn)定，電子絕緣水平高，所以其可在較大程度上提高鋰離子電池安全性。
7、電池新型材料之非晶Al2O3涂層
韓國漢陽大學(xué)研究人員利用非晶Al2O3實現(xiàn)石墨表面改良，非晶Al2O3涂層大幅提升了石墨等電池材料與蓄電池隔板的潤濕性。研究人員采用LiCoO2陰極及涂覆Al2O3的石墨陽極開展純電芯測試，經(jīng)試驗證明，引入非晶Al2O3后可提高石墨陽極材料的充電性能。成果已公布于《能源雜志》。
在4000mA/g的高充電速率下，表面改良型石墨的可逆容量約為337.1?mAh/g，其中Al2O3的重量占比為1%，在電量強度為100?mA/g時，相對應(yīng)的電容保有量約為97.2%。據(jù)研究人員預(yù)計，涂層提升了石墨電極整個表面區(qū)域的電解質(zhì)滲透率，從而提升石墨陽極材料的快充性能。該成果提升了鋰離子電池石墨陽極材料的快充性能表現(xiàn)。
8、鋰離子電池新型材料之多孔硅基復(fù)合負(fù)極(ASD-SiOC)
東華大學(xué)材料學(xué)院楊建平研究員課題組及江莞教授研究團隊在硅基鋰離子電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團隊選取苯基橋聯(lián)的有機硅前驅(qū)體，采用溶膠-凝膠法和高溫煅燒兩步反應(yīng)，制備出一種新的多孔硅基復(fù)合負(fù)極(ASD-SiOC)，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。成果已公布于《德國應(yīng)用化學(xué)》。
這種新的設(shè)計具有眾多優(yōu)點：活性基質(zhì)SiOx單元與碳可以實現(xiàn)原子尺度下的復(fù)合;碳三維網(wǎng)絡(luò)有效提高了材料的導(dǎo)電性;多孔結(jié)構(gòu)既緩沖了體積膨脹，又加快了鋰離子的傳輸;在后續(xù)的循環(huán)過程中，ASD-SiOC負(fù)極可以轉(zhuǎn)化為更加穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)高的庫倫效率。該研究表明碳分布關(guān)于保持復(fù)合負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性具有非常重要的用途。
