鋰離子電池的新型電極材料，容量怎么樣？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-03 14:30
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對(duì)電池能量密度的需求不斷增加，需要具有更高容量的新型電極材料。最近，科學(xué)家們報(bào)道了一系列除了商業(yè)化石墨陽(yáng)極之外的新型陽(yáng)極材料，包括Si、SnO2、Fe2O3等。這些陽(yáng)極材料與石墨相比具有更高的初始容量。然而，這些大容量電極在充放電過(guò)程中的體積變化是一個(gè)新問(wèn)題，這將導(dǎo)致快速容量衰減。以往的工作主要集中在設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)材料以解決體積變化大的問(wèn)題，但是納米材料也有一些局限性，如抽頭密度低，不利于實(shí)際應(yīng)用。
該研究的第一作者小明說(shuō)：“鑒定出的新型陽(yáng)極材料CaV4O9微花顯示出非常有希望和令人興奮的特性。”研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用于鋰離子電池時(shí)，CaV4O9微花陽(yáng)極可以顯示大約700mAh g-1的可逆重量容量，大約是商業(yè)石墨的兩倍。當(dāng)高質(zhì)量負(fù)載量為4.4毫克CM-2時(shí)，它可以顯示出高面積面積的2.5 MAH CM-2。更重要的是，它顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。研究人員展示了一個(gè)穩(wěn)定的循環(huán)超過(guò)400個(gè)周期，面積容量超過(guò)1.5毫安CM-2。
質(zhì)量負(fù)載和面電容是電極的重要參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，高質(zhì)量負(fù)載和高面積容量是必要的。然而，以往對(duì)大容量陽(yáng)極的研究大多只提供極低質(zhì)量負(fù)載水平（<1.0mg cm-2）下的電化學(xué)性能。在這種情況下，獲得的數(shù)據(jù)，如循環(huán)穩(wěn)定性和速率能力看起來(lái)非常好，非常有前景，但實(shí)際上低質(zhì)量負(fù)載伴隨著低面積容量遠(yuǎn)離實(shí)際應(yīng)用的水平，”小明解釋道。“我們?cè)诟哔|(zhì)量負(fù)載和高面積容量下的結(jié)果表明，CaV4O9微花是一種很有前途的新型陽(yáng)極材料。
美國(guó)西北大學(xué)日前發(fā)布新聞公報(bào)說(shuō)，新材料是摻有鉻和釩元素的鋰鎂氧化物，用作鋰離子電池的正極可使電池容量大幅提高，并且性能穩(wěn)定，不會(huì)迅速退化。
鋰離子電池通常采用鋰、氧和一種過(guò)渡金屬的化合物為正極，其中過(guò)渡金屬負(fù)責(zé)儲(chǔ)存和釋放電能，其性質(zhì)決定著電池容量，目前常用的是鈷。此前曾有研究發(fā)現(xiàn)，用鎂取代鈷可以提高容量、降低成
本，但電池性能退化太快，兩輪充放電后就大幅下降。
西北大學(xué)研究小組在美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表論文說(shuō)，他們?yōu)殇囨V氧化物材料建立了詳細(xì)到單個(gè)原子的結(jié)構(gòu)模型，分析充放電過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其中的氧也會(huì)參與存儲(chǔ)電能，因而容量較大。
研究人員隨后嘗試了將不同元素?fù)饺脘囨V氧化物的方案，計(jì)算各種混合物的儲(chǔ)能效果，發(fā)現(xiàn)摻入鉻和釩能在保持電池大容量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性能。接下來(lái)他們將在實(shí)驗(yàn)室中檢驗(yàn)新材料的實(shí)際表現(xiàn)
