Litiumbatterianodematerialer og fremtiden
Litiumionbatteri er et oppladbart sekundærbatteri, som hovedsakelig består av fem hoveddeler: positiv elektrode, negativ elektrode, elektrolytt, separator og strømsamler.
Hovedfunksjonen til de positive og negative elektrodematerialene er å gjøre litiumioner mer fritt ekstrahert/innsatt, for å realisere funksjonen til lading og utlading.
Under ladeprosessen ekstraheres litiumioner fra det positive elektrodematerialet og føres inn i det tilsvarende negative elektrodematerialet gjennom elektrolytten. Samtidig strømmer elektroner ut fra den positive elektroden gjennom den eksterne kretsen og strømmer til den negative elektroden;
Når et litiumbatteri utlades, trekkes litiumioner ut fra den negative elektroden og legges inn i det positive elektrodematerialet gjennom elektrolytten. Samtidig strømmer elektroner fra den negative elektroden til den positive elektroden gjennom den eksterne kretsen.
Hva er anodematerialet til litiumbatteriet?
Det negative elektrodematerialet er bæreren av litiumioner og elektroner i batteriladingsprosessen, og spiller rollen som energilagring og frigjøring. Det er en av nøkkelfaktorene som bestemmer ytelsen til litium-ion-batterier og holder livsnerven til batterisikkerheten.
Det ideelle negative elektrodematerialet må ha minst følgende 7 betingelser
1. Det kjemiske potensialet er lavt, og danner en stor potensialforskjell med det positive elektrodematerialet, og oppnår dermed et batteri med høy effekt;
2. Den bør ha en høyere spesifikk sykluskapasitet;
3. Li+ skal enkelt settes inn og trekkes ut i det negative elektrodematerialet, og har høy coulombisk effektivitet, slik at det kan være en relativt stabil ladning og utladningsspenning under Li+-ekstraksjonsprosessen;
4. God elektronisk ledningsevne og ioneledningsevne;
5. Den har god stabilitet og en viss grad av kompatibilitet med elektrolytter;
7. Materialkilden bør være rik på ressurser, lav pris, enkel i produksjonsprosessen; trygt, grønt og forurensningsfritt.
Anodematerialer som oppfyller vilkårene ovenfor eksisterer i utgangspunktet ikke i dag, så forskningen på nye anodematerialer med høy energitetthet, god sikkerhetsytelse, lav pris og lett tilgjengelige materialer har blitt en presserende oppgave, som også er et hett tema i innen litiumbatteriforskning på dette stadiet.
Utforskning og fremtid for anodematerialer for litiumbatterier
Grafen/zirkoniumhydrogenfosfat (ZrP) komposittmateriale brukes som det negative elektrodematerialet til litiumbatterier, som kan overvinne ledningsevnen til batterimaterialer.
Problemene med dårlige elektriske egenskaper og alvorlige volumekspansjonseffekter har egenskapene til sterk syklusstabilitet og sterk elektrisk ledningsevne.
1. Litiumlagringsmekanisme av grafen/ZrP-kompositter
1. Litiumlagringsadferd av grafenmaterialer
Grafen har bedre elektron- og ioneoverføringskanaler, noe som er gunstig for å øke hastigheten på lade- og utladningshastigheten. Når grafen brukes som negativt elektrodemateriale, er den kjemiske reaksjonsformelen som følger:
Selv om grafen har en høy Li+-diffusjonshastighet og har en høy kapasitet under den første lade- og utladingsprosessen når den brukes som negativt elektrodemateriale for litiumbatterier, vil kapasiteten til grafen raskt avta etter flere fullstendige lade- og utladingssykluser og kan ikke brukes alene. Litiumbatterianodemateriale, dette er fordi grafenmaterialet vil reagere med litiumbatteriets elektrolytt under den første ladningen og utladningen, og kontaktflaten med elektrolytten vil bli større under den elektriske syklusen, noe som vil føre til akkumulering av lag, noe som resulterer i i irreversibilitet og ustabilitet. Passivering av SEI-filmen, mens den forberedte grafenen er lett å agglomerere og akkumulere på grunn av den lamellære strukturen, noe som gjør dens coulombiske effektivitet lav.
2. Synergistisk effekt av grafen/ZrP komposittmaterialer
Kompositten av zirkoniumhydrogenfosfat og grafen kan ikke bare forbedre ledningsevnen til batteriet og forbedre volumutvidelseseffekten, men har også god litiumlagringskapasitet og kan øke den spesifikke kapasiteten til komposittmaterialet. Sammenlignet med andre karbonmaterialer har grafen fordelene med stort spesifikt overflateareal, høy mekanisk styrke og god elektrisk ledningsevne. Forskning på SnO 2, FeSb 2 og andre materialer har vist at introduksjonen av grafen effektivt kan forbedre dens elektrokjemiske ytelse.
2. Arbeidsprinsipp for grafen/ZrP-kompositt
Grafen/zirkoniumhydrogenfosfat-komposittmaterialet er fremstilt ved solvotermisk metode, som kan få det genererte grafenet til å feste seg til overflaten av zirkoniumhydrogenfosfat in situ for å oppnå zirkoniumhydrogenfosfat og grafenkomposittmateriale. Etter kalsinering kan grafenet være i zirkoniumhydrogenfosfatet Oksygenvakanser dannes i krystallgitteret, og øker dermed antall bærere og gitterdefekter, og forbedrer ledningsevnen. Tilstedeværelsen av grafen muliggjør dannelsen av et ledende nettverk mellom zirkoniumhydrogenfosfat-nanopartikler, noe som er fordelaktig for å forbedre den generelle ledningsevnen til materialet. Samtidig brukes grafen som en fleksibel film for å belegge overflaten av zirkoniumhydrogenfosfatet, som kan buffere volumutvidelseseffekten under lade- og utladningsprosessen.
For det tredje, de potensielle utsiktene til grafen/ZrP-komposittmaterialer
1. Forberedelsesmetoden har egenskapene til enkel og enkel betjening, sterk reproduserbarhet, lave kostnader og ingen forurensning til miljøet;
2. Komposittmaterialet av zirkoniumhydrogenfosfat og grafen fremstilt ved denne metoden brukes som det negative elektrodematerialet til litiumbatteriet, som kan overvinne problemene med dårlig batteriledningsevne og alvorlig volumekspansjonseffekt, og har egenskapene til sterk syklusstabilitet og sterk ledningsevne;
3. Fordi grafen har høy ledningsevne og stort spesifikt overflateareal, kan det effektivt forbedre ledningsevnen til batterikomposittmaterialer, og samtidig kan belegget av grafen effektivt forbedre volumutvidelseseffekten til batterikomposittmaterialer og forbedre den elektrokjemiske ytelsen av batterikomposittmaterialer.
