研究人员用碳填充物改善锂离子电池性能 显著提升电导率

2020-11-22 21:21:20 石墨烯联盟

对许多便携式设备和电动汽车来说,锂离子电池是主要充电电源。但这种电池的用途有限,因为它不能既提供高功率输出,又支持可逆储能。据外媒报道,最近的研究提供了一项解决方案,通过加入导电填充物来改善电池性能。

(图片来源:aip)

最佳电池设计涉及到通过厚电极结构来提高能量密度,但是这种设计的锂离子传输能力差,影响电极发挥关键作用。为了促进锂离子传输,研究人员尝试过各种改进技术,包括建立垂直排列的通道或制造适当大小的孔。另一种方法是采用由具有导电性的碳制成的填充物。此项研究考虑三类填充物:单壁碳纳米管(SWCNT)、石墨烯纳米片和Super P材料。Super P是在石油前体氧化过程中产生的一种碳黑颗粒,也是锂离子电池中最常用的导电填料。

研究人员将这些填充物分别添加到NCM(镍、钴和锰)电极材料中,并用扫描电子显微镜观察复合材料。他们发现,SuperP和NCM粒子是以点对点接触的方式排列。而SWCNT被包裹在NCM颗粒周围,形成导电涂层。此外,在NCM粒子之间的空隙中,可以观察到相互连接的SWCNT网络。石墨烯纳米片也包裹在NCM电极颗粒上,但不如SWCNT那样均匀。

结果表明,对NCM电极来说,SWCNT称得上是最佳导电填充物。研究人员Guihua Yu称:“所测得的电导率符合渗透理论。在绝缘基质中加入导电填充物,当穿过复合材料的第一个导电通道形成时,电导率就会显著增加。”由于渗流需要穿过填充物的完整路径,因此需要有足够的导电填充物。研究人员考虑到不同的填充量,发现当SWCNT质量比达到0.16%时,NCM电极表现出良好的导电性。而要实现同样的效果,需要更多的Super P和石墨烯。

研究人员通过若干光谱技术,如拉曼光谱和X射线吸收光谱,来研究所得到的复合材料。Yu说:“我们的研究结果表明,将SWCNT加入NCM电极中,能够促进离子和电荷转移,提高电化学利用率,特别是在放电率高的情况下。”

文章来源:盖世汽车新能源

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