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率被引入到該體系中以提升納米復合材料整體的電子電導率。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。