新型鋰電池負極材料讓鋰離子電池性能飆升

來源：存能電氣  日期：2019-07-29 10:07  瀏覽量：次

　　新型鋰電池負極材料讓鋰離子電池性能飆升。負極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，目前市面上商用的負極材料石墨的理論容量僅有372 mAh/g，因此開發(fā)新型負極材料對鋰離子電池的應(yīng)用具有十分重要的意義。

　　新型鋰電池負極材料讓鋰離子電池性能飆升

　　在鋰離子電池負極制備過程中，粘結(jié)劑在電極中所占的比例一般為3%-5%之間，如果電極制備過程不需要粘結(jié)劑則可以顯著的提高電極的容量，提高電池的能量密度。而且粘結(jié)劑通常是絕緣體，會阻礙電解質(zhì)中離子轉(zhuǎn)移，進而影響電池電化學(xué)性能。因此，設(shè)計無需粘結(jié)劑的電極材料是很有必要的。

　　近期，科學(xué)家設(shè)計出許多無需粘結(jié)劑或集流體的新型電極材料，其中，單壁碳納米管(SWCNT)薄膜因其高比表面積，高電子導(dǎo)電率以及機械穩(wěn)定性在設(shè)計輕巧柔性電極方面?zhèn)涫荜P(guān)注。

　　作為鋰離子電池負極，1T-MoSe2/SWCNTs表現(xiàn)出良好的儲鋰性能。在電流密度300mA/g下，循環(huán)100圈后，容量仍高達971mAh/g，容量幾乎無衰減。在大電流密度3000mA/g下，容量為630mAh/g，體現(xiàn)了優(yōu)越的倍率性能。

　　新型鋰電池負極材料：紅磷

　　種新型鋰離子電池負極材料：紅磷-石墨烯納米復(fù)合材料。該種材料是由紅磷和石墨經(jīng)球磨制備得到。紅磷化學(xué)穩(wěn)定性高，廉價易得，而且環(huán)境友好。其作為鋰離子電池負極材料的理論容量可達2600mAh/g，7倍于商用石墨電極。石墨/石墨烯因其極高的電子電導(dǎo)率被引入到該體系中以提升納米復(fù)合材料整體的電子電導(dǎo)率。在高速球磨過程中，微米級的紅磷顆粒被打碎至納米級。石墨在球磨過程中剝離為大比表面積的石墨烯。

　　在室溫下，該納米復(fù)合材料的放電容量可達1400mAh/g，4倍于現(xiàn)行商用化鋰離子電池負極材料石墨。經(jīng)過300周的循環(huán)，放電容量仍然能保持在60%以上。高溫環(huán)境(60C)對于現(xiàn)行商用鋰離子電池仍是很大的挑戰(zhàn)。而該種材料，在60C下，放電容量可進一步提升至1650mAh/g。經(jīng)過200周循環(huán)，放電容量保持率可在70%以上。

　　高容量，長壽命，價格低廉的原材料，適宜工業(yè)化生產(chǎn)的合成方法，這些因素都促使新型紅磷-石墨烯納米復(fù)合材料成為下一代鋰電池負極材料的選擇。

　　新型高性能鋰離子電池負極材料：雙金屬MOF 

　　金屬有機框架(MOFs)因其具有很大的比表面積和可調(diào)控的結(jié)構(gòu)單元，目前被廣泛應(yīng)用于能量存儲、氣體分離、工業(yè)催化以及載藥系統(tǒng)。近來，ZIF（沸石咪唑骨架材料）作為MOFs的一種典型代表，已經(jīng)在鋰電領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。

　　在CoZn-ZIF為負極材料的鋰離子電池中，實現(xiàn)了636.3 mAh/g的二次放電容量；同時，在循環(huán)100次之后，電池仍保持了605.8mAh/g的容量，庫侖效率接近100%。這是目前報道的ZIF電極的最高值。

　　我國在鋰離子電池負極材料產(chǎn)業(yè)化方面具有一定的優(yōu)勢，國內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)鏈從原料的開采、電極材料的生產(chǎn)、電池的制造和回收等環(huán)節(jié)比較齊整。近年來，在國家的大力支持下，鋰離子電池行業(yè)發(fā)展勢頭良好，負極材料迎來了前所未有的機遇。由于新能源行業(yè)對鋰離子電池能量密度的要求越來越高，石墨和鈦酸鋰材料的性能正在不斷地優(yōu)化。與此同時，下一代鋰離子電池負極材料——硅，也正在逐步開始商業(yè)化。