Anwendung der Nanotechnologie in Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Akkuals hocheffiziente Energiespeicherkomponenten sind im Bereich der Unterhaltungselektronik weit verbreitet. Lithium-Ionen-Akkus werden in Mobiltelefonen und Laptops verwendet. Lithium-Ionen-Batterien erzielen dank ihrer ultrahohen Energiespeicherdichte solch brillante Ergebnisse. Und eine gute Sicherheitsleistung. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wurden auch die Energiedichte und die Leistungsdichte von Lithium-Ionen-Batterien kontinuierlich verbessert, wobei die Nanotechnologie einen unauslöschlichen Beitrag geleistet hat. Da LiFePO4 eine schlechte Leitfähigkeit aufweist, hat man es zur Verbesserung seiner Leitfähigkeit zu Nanopartikeln präpariert, was die elektrochemische Leistung von LiFePO4 erheblich verbessert. Darüber hinaus ist auch die negative Siliziumelektrode ein Nutznießer der Nanotechnologie. Nano-Silizium-Partikel können die Volumenausdehnung von Si während der Lithium-Interkalation gut unterdrücken und die Zyklusleistung von Si-Materialien verbessern.

Material für Kathoden
1. LiFePO4-Material
LiFePO4-Material hat eine gute thermische Stabilität und niedrige Kosten. Aufgrund der einzigartigen kovalenten Bindungsstruktur im Inneren des LiFePO4-Materials ist die elektronische Leitfähigkeit des LFP-Materials sehr gering, was seine hohe Lade- und Entladeleistung einschränkt. Zu diesem Zweck werden LFP-Materialien zu Nanopartikeln verarbeitet und mit Materialien wie leitfähigen Materialien, leitfähigen Polymeren und Metallen beschichtet. Darüber hinaus kann durch den Einbau eines nicht-stöchiometrischen Feststoffdotierungsverfahrens in die Nano-LFP-Partikel die elektronische Leitfähigkeit der LFP-Nanopartikel um 108 erhöht werden, so dass das LFP-Material innerhalb von 3 Minuten geladen und entladen werden kann. Dies ist besonders wichtig für Elektrofahrzeuge.

2. Hemmen Sie die Zersetzung des LiMn2O4-Materials
LMO-Materialien haben dreidimensionale Li + Diffusionskanäle und haben daher einen hohen Ionendiffusionskoeffizienten. Mn3+ wird jedoch in einem niedrigen SoC-Zustand gebildet. Aufgrund des Jonh-Teller-Effekts ist die LMO-Struktur instabil. Ein Teil des Mn-Elements wird im Elektrolyten gelöst und schließlich auf der Oberfläche der negativen Elektrode abgeschieden, wodurch die Struktur des SEI-Films zerstört wird. Einige kostengünstige Metallionen der Hauptgruppe können in das LMO hinzugefügt werden, um einen Teil von Mn zu ersetzen, wodurch der Valenzzustand des Mn-Elements erhöht und Mn3 + in einem niedrigen SoC reduziert wird. Die Oberfläche der LMO-Materialpartikel kann auch mit einer Schicht aus Oxiden und Fluoriden mit einer Dicke von 10-20 nm beschichtet werden.

3. Hemmen Sie die chemische Aktivität von NMC
Die spezifische Kapazität von NMC-Materialien, insbesondere von NMC-Materialien mit hohem Nickelgehalt, kann bis zu 200 mAh / g oder mehr betragen, und sie haben eine sehr gute Zyklusleistung. Das NMC-Material ist jedoch extrem anfällig für die Oxidation des Elektrolyten im geladenen Zustand. Um die Reaktivität des NMC-Materials mit hohem Nickelgehalt und des Elektrolyten zu unterdrücken, wird das Material mit Nanopartikeln beschichtet, um einen direkten Kontakt zwischen den Materialpartikeln und dem Elektrolyten zu vermeiden. Verbesserte die Lebensdauer des Materials erheblich. Darüber hinaus sind Nanopartikel mit Kern-Schale-Struktur auch eine effektive Methode, um die Reaktivität zu reduzieren. Die Hülle mit hohem Mn-Gehalt hat eine gute Stabilität, aber die Kapazität ist gering, und die Kapazität mit hohem Nickelkern ist hoch, aber die Reaktivität ist groß.

Anodenmaterial
1. Schutz des Graphitmaterials
Graphitmaterial hat eine niedrige Lithium-Einfügespannung, die sich sehr gut als negatives Elektrodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien eignet. Der lithiumdotierte Graphit hat eine starke Reaktivität und reagiert mit organischen Elektrolyten, wodurch die Graphitschicht abfällt und sich der Elektrolyt zersetzt. Obwohl die SEI-Folie die Zersetzung des Elektrolyten unterdrücken kann, ist die SEI-Folie nicht zu 100 % resistent gegen die Graphit-Negativelektrode. Schutz vor Formularen. Zu den gängigen Methoden zum Schutz von Graphitoberflächen gehören die Oberflächenoxidation und die Nanobeschichtungstechnologie.

Nanobeschichtungstechnologien lassen sich in drei Kategorien einteilen: amorpher Kohlenstoff, Metalle und Metalloxide. Unter ihnen wird amorpher Kohlenstoff hauptsächlich durch ein vakuumchemisches Abscheidungsverfahren CVD gewonnen, das kostengünstig und für die Großproduktion geeignet ist. Metall- und Metalloxid-Nanobeschichtungen werden hauptsächlich durch nasschemische Verfahren gewonnen, die Graphit gut schützen und die Zersetzung des Elektrolyten verhindern können.

2. Verbessern Sie die Ratenleistung von Lithiumtitanat-LTO- und TiO2-Materialien
Das LTO-Material hat eine hohe Sicherheit, während der Li-Interkalation und Deinterkalation werden keine Spannungen erzeugt, und das Lithium-Interkalationspotenzial ist hoch, was nicht zu einer Zersetzung des Elektrolyten führt. Es ist ein sehr gutes Anodenmaterial. LTO-Materialien haben jedoch eine geringe spezifische Kapazität und eine geringe elektronische und ionische Leitfähigkeit. Derzeit werden in der Nanotechnologie hauptsächlich Partikel-Nanotechnologie, Nanobeschichtungstechnologie sowie LTO-Nanomaterialien und Verbundanwendungen für leitfähige Materialien auf LTO eingesetzt. Die Nanoisierung von LTO-Material kann den Diffusionsabstand von Li + effektiv verringern, die Kontaktfläche mit dem Elektrolyten vergrößern, den Ladungsaustausch verstärken und die Ratenleistung verbessern.

3. Erhöhen Sie die Energiedichte der Siliziumanode
Die theoretische spezifische Kapazität von Si-Material erreicht 3572 mAh / g, was viel höher ist als die von Graphitmaterial. Si weist jedoch während des Prozesses der Lithiuminterkalation und Delithiierung eine Volumenausdehnung von 300 % auf, was zu Partikelbruch und Ablösung von aktivem Material führt. Das Si-Material wird zu Nanopartikeln verarbeitet, um die mechanische Beanspruchung, die durch die Ausdehnung der Si-Partikel entsteht, abzubauen.

Li-S-Batterien haben eine hohe Energiedichte und niedrige Kosten und sind sehr vielversprechende Energiespeicherbatterien der nächsten Generation. Die Hauptprobleme, mit denen Li-S-Batterien derzeit konfrontiert sind, sind jedoch die geringe Leitfähigkeit von S und das Problem der Auflösung von Lithium-Interkalationsprodukten. Durch die Compoundierung von S mit porösen hohlen Kohlenstoff- oder Metalloxid-Nanopartikeln kann die Stabilität von S deutlich verbessert und die Zyklenleistung der Elektrode verbessert werden. Darüber hinaus kann durch die Compoundierung von S- und Graphen-Materialien auch die Zyklenleistung von S-negativen Elektroden deutlich verbessert werden.