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研究人員用碳填充物改善鋰電池性能 顯著提升電導率

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2023年01月10日  

對許多便攜式設備和電動汽車來說,鋰電池是重要充電電源。但這種電池的用途有限,因為它不能既供應高功率輸出,又支持可逆儲能。據外媒報道,最近的研究供應了一項解決方法,通過加入導電填充物來改善電池性能。


最佳電池設計涉及到通過厚電極結構來提高能量密度,但是這種設計的鋰離子傳輸能力差,影響電極發揮關鍵用途。為了促進鋰離子傳輸,研究人員嘗試過各種改進技術,包括建立垂直排列的通道或制造適當大小的孔。


另一種方法是采用由具有導電性的碳制成的填充物。此項研究考慮三類填充物:單壁碳納米管(SWCNT)、石墨烯納米片和SuperP材料。SuperP是在石油前體氧化過程中出現的一種碳黑顆粒,也是鋰電池中最常用的導電填料。


研究人員將這些填充物分別添加到NCM(鎳、鈷和錳)電極材料中,并用掃描電子顯微鏡觀察復合材料。他們發現,SuperP和NCM粒子是以點對點接觸的方式排列。而SWCNT被包裹在NCM顆粒周圍,形成導電涂層。此外,在NCM粒子之間的空隙中,可以觀察到相互連接的SWCNT網絡。石墨烯納米片也包裹在NCM電極顆粒上,但不如SWCNT那樣均勻。


結果表明,對NCM電極來說,SWCNT稱得上是最佳導電填充物。研究人員GuihuaYu稱:所測得的電導率符合滲透理論。在絕緣基質中加入導電填充物,當穿過復合材料的第一個導電通道形成時,電導率就會顯著新增。由于滲流要穿過填充物的完整路徑,因此要有足夠的導電填充物。研究人員考慮到不同的填充量,發現當SWCNT質量比達到0.16%時,NCM電極表現出良好的導電性。而要實現同樣的效果,要更多的SuperP和石墨烯。


研究人員通過若干光譜技術,如拉曼光譜和X射線吸收光譜,來研究所得到的復合材料。Yu說:我們的研究結果表明,將SWCNT加入NCM電極中,能夠促進離子和電荷轉移,提高電化學利用率,特別是在放電率高的情況下。

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