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盘点:2017年最热门八大锂电新材料

2017-01-11 04:50
木中君
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2017年锂电产业将持续升温,而最热门的锂电材料又有哪些呢?本文专门为大家盘点了2017年最热门锂电新材料,具体如下:

1、石墨烯

最近两年,石墨烯相关“产业”在国内也是如火如荼。石墨烯在锂电行业的应用更是备受关注。什么是石墨烯?石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道?成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎完全透明只吸收2.3%的光;导热系数高达5300W/m˙K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/V˙s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8俜m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。

石墨烯主要有如下几种生产方法:机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、氧化-还原法、溶剂剥离法、溶剂热法、高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等。

当前“石墨烯电池”这一名词很火热。目前,几乎所有的商品锂离子电池都采用石墨类负极材料。此前,华为宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破,推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。实验结果显示,以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10 ,使用寿命是普通锂离子电池的2倍。可以预见,2017年石墨烯仍将是锂电产业热门材料。

2、硅负极

随着电子技术的快速发展,以及电动汽车的迅速普及,市场对高比能锂离子电池的需求越来越强烈,而传统的石墨材料理论比容量仅为372mAh/g,远远不能满足高比能锂离子电池的需求,在巨大的市场需求的刺激下,各种新型的负极材料纷纷开始出现,例如硅基负极材料、锡基负极材料、氮掺杂多孔石墨材料和过渡金属硫化物负极(例如MoS2)等,在这众多的新型负极材料中,目前技术较为成熟的为硅基负极材料,目前已经实现小规模的商业化应用。

事实上,高电压、聚合物、硅负极这三种都属于锂电池,硅负极只是是一种新技术,目前大多数的锂电池都是以碳基材料作为负极的,但是由于这种碳基材料的负极的可逆容量只有372mAh/g,严重限制了未来锂离子电池的发展,所以需要研发下一代锂离子电池负极材料。在研究的过程中,研究员们发现一种硅元素(Li22Si5)的容量达到了4200mAh/g,是开发具有高容量电池极佳的材料。并且使用这种负极材料做成的电池在使用的过程中几乎没有容量衰减,更有利于提高电池的使用寿命。再加上硅在地球上储量丰富,成本较低,因而是一种非常有发展前途的锂离子电池负极材料。

3、铝箔涂炭

涂炭铝箔是新型电池阴极基片,相比传统的铝箔,涂炭铝箔拥有导电性良好和内阻率小、机械性能强和韧性好等优点,可避免毛刺造成短路,改善电极材料的粘附,增大电池的放电能力和延长锂离子电池使用寿命。

中科院深圳先进技术研究院的Xuefeng Tong等人研发了一种基于涂炭铝箔负极的双离子电池,其中铝箔不仅作为集流体,更是用作负极材料。相比于石墨材料,Al具有更高的理论比容量,当形成LiAl结构时,比容量可以达到993mAh/g,形成Li9Al4材料时,比容量达到2235mAh/g,电压平台仅为0.19-0.45V vs Li+/Li,相比于硅材料其具有更小的体积膨胀,形成Li9Al4时,体积膨胀仅为97%,并且Al材料还具有良好的导电性、易加工和低成本等优势,但是Al负极目前仍然需要提高其循环寿命。

碳涂布多孔铝负极制备工艺较为简单,首先将铝箔采用电解的方法进行腐蚀处理,然后在其表面包覆一层PAN材料,经过低温固化和高温碳化后,即可在铝箔的表明形成一层碳层,可以多次重复PAN处理过程提高碳的含量,研究发现,一次碳包覆碳含量约为1.5%,两次碳包覆碳含量约为2.8%,三次碳包覆碳含量约为4%。

4、陶瓷混胶隔膜

由于锂电池的材料是影响其安全性能的重要因素,为保证锂电池的安全性,选用安全性更高的隔膜成为很多企业考虑的方向之一。

陶瓷隔膜,就是将纳米级陶瓷颗粒涂覆在隔膜上。其作用主要是提高隔膜耐热收缩性,防止隔膜收缩造成大面积短路。另外,陶瓷热传导率低,防止电池中的某些热失控点扩大形成整体热失控。一般可耐高温在200℃左右。陶瓷涂覆的市场主要为高电压的电池和动力电池。其发展方向有两种:一是涂氧化铝,以LG为代表,采用浸涂;二是表面做一层芳纶,以日本帝人为代表。

未来陶瓷隔膜将会有广泛的应用,它是解决锂电池安全性问题的一个重要手段,也是未来锂电池隔膜发展的一个方向。

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