Litiumbatterianodmaterial och framtiden
Litiumjonbatteri är ett uppladdningsbart sekundärbatteri, som huvudsakligen består av fem huvuddelar: positiv elektrod, negativ elektrod, elektrolyt, separator och strömavtagare.
Huvudfunktionen hos de positiva och negativa elektrodmaterialen är att göra litiumjoner mer fritt extraherade/införda, för att förverkliga funktionen för laddning och urladdning.
Under laddningsprocessen extraheras litiumjoner från det positiva elektrodmaterialet och förs in i motsvarande negativa elektrodmaterial genom elektrolyten. Samtidigt strömmar elektroner ut från den positiva elektroden genom den externa kretsen och strömmar till den negativa elektroden;
När ett litiumbatteri laddas ur, extraheras litiumjoner från den negativa elektroden och bäddas in igen i det positiva elektrodmaterialet genom elektrolyten. Samtidigt strömmar elektroner från den negativa elektroden till den positiva elektroden genom den externa kretsen.
Vad är anodmaterialet i litiumbatteriet?
Det negativa elektrodmaterialet är bärare av litiumjoner och elektroner i batteriladdningsprocessen och spelar rollen som energilagring och frigöring. Det är en av nyckelfaktorerna som bestämmer prestanda hos litiumjonbatterier och håller livsnerven i batterisäkerheten.
Det ideala negativa elektrodmaterialet måste ha minst följande 7 villkor
1. Den kemiska potentialen är låg och bildar en stor potentialskillnad med det positiva elektrodmaterialet, varigenom ett högeffektsbatteri erhålls;
2. Den bör ha en högre specifik cykelkapacitet;
3. Li+ ska enkelt sättas in och extraheras i det negativa elektrodmaterialet och har en hög coulombisk effektivitet, så att det kan finnas en relativt stabil laddning och urladdningsspänning under Li+-extraktionsprocessen;
4. God elektronisk ledningsförmåga och jonledningsförmåga;
5. Den har god stabilitet och en viss grad av kompatibilitet med elektrolyter;
7. Materialkällan bör vara rik på resurser, lågt pris, enkel i tillverkningsprocessen; säker, grön och fri från föroreningar.
Anodmaterial som uppfyller ovanstående villkor finns i princip inte för närvarande, så forskningen kring nya anodmaterial med hög energitäthet, bra säkerhetsprestanda, lågt pris och lättillgängliga material har blivit en angelägen uppgift, vilket också är ett hett ämne inom området för litiumbatteriforskning i detta skede.
Utforskning och framtid för anodmaterial för litiumbatterier
Grafen/zirkoniumvätefosfat (ZrP) kompositmaterial används som det negativa elektrodmaterialet i litiumbatterier, vilket kan övervinna ledningsförmågan hos batterimaterial.
Problemen med dåliga elektriska egenskaper och allvarliga volymexpansionseffekter har egenskaperna stark cykelstabilitet och stark elektrisk ledningsförmåga.
1. Litiumlagringsmekanism för grafen/ZrP-kompositer
1. Litiumlagringsbeteende hos grafenmaterial
Grafen har bättre elektron- och jonöverföringskanaler, vilket är fördelaktigt för att påskynda laddnings- och urladdningshastigheten. När grafen används som ett negativt elektrodmaterial är den kemiska reaktionsformeln följande:
Även om grafen har en hög Li+-diffusionshastighet och har en hög kapacitet under den första laddningen och urladdningsprocessen när den används som ett negativt elektrodmaterial för litiumbatterier, kommer grafenens kapacitet snabbt att avta efter flera fullständiga laddnings- och urladdningscykler och kan inte användas ensam. Litiumbatterianodmaterial, detta beror på att grafenmaterialet kommer att reagera med litiumbatteriets elektrolyt under den första laddningen och urladdningen, och kontaktytan med elektrolyten blir större under den elektriska cykeln, vilket kommer att leda till ackumulering av lager, vilket resulterar i i irreversibilitet och instabilitet. Passivering av SEI-filmen, medan den preparerade grafenen är lätt att agglomerera och ackumulera på grund av den lamellära strukturen, vilket gör dess coulombiska effektivitet låg.
2. Synergistisk effekt av grafen/ZrP-kompositmaterial
Kompositen av zirkoniumvätefosfat och grafen kan inte bara förbättra batteriets ledningsförmåga och förbättra dess volymexpansionseffekt, utan har också god litiumlagringskapacitet och kan öka den specifika kapaciteten hos kompositmaterialet. Jämfört med andra kolmaterial har grafen fördelarna med stor specifik yta, hög mekanisk hållfasthet och god elektrisk ledningsförmåga. Forskning på SnO 2, FeSb 2 och andra material har visat att införandet av grafen effektivt kan förbättra dess elektrokemiska prestanda.
2. Arbetsprincip för grafen/ZrP-komposit
Grafen/zirkoniumvätefosfatkompositmaterialet framställs med solvotermisk metod, vilket kan få den genererade grafenen att fästa vid ytan av zirkoniumvätefosfat in situ för att erhålla zirkoniumvätefosfat och grafenkompositmaterial. Efter kalcinering kan grafenen vara i zirkoniumvätefosfat Syrevakanser bildas i kristallgittret, vilket ökar antalet bärare och gitterdefekter och förbättrar konduktiviteten. Närvaron av grafen möjliggör bildandet av ett ledande nätverk mellan zirkoniumvätefosfatnanopartiklarna, vilket är fördelaktigt för att förbättra materialets totala ledningsförmåga. Samtidigt används grafen som en flexibel film för att belägga ytan på zirkoniumvätefosfatet, vilket kan buffra volymexpansionseffekten under laddning och urladdning.
För det tredje, de potentiella utsikterna för kompositmaterial av grafen/ZrP
1. Förberedelsemetoden har egenskaperna för enkel och lätt drift, stark reproducerbarhet, låg kostnad och ingen förorening av miljön;
2. Det sammansatta materialet av zirkoniumvätefosfat och grafen framställt med denna metod används som det negativa elektrodmaterialet i litiumbatteriet, vilket kan övervinna problemen med dålig batteriledningsförmåga och allvarlig volymexpansionseffekt och har egenskaperna för stark cykelstabilitet och stark ledningsförmåga;
3. Eftersom grafen har hög ledningsförmåga och stor specifik yta, kan det effektivt förbättra ledningsförmågan hos batterikompositmaterial, och samtidigt kan beläggningen av grafen effektivt förbättra volymexpansionseffekten av batterikompositmaterial och förbättra den elektrokemiska prestandan. av batterikompositmaterial.
