리튬 이온 배터리에 나노 기술의 응용
리튬 이온 배터리고효율 에너지 저장 부품으로서 가전 분야에서 널리 사용되었습니다. 리튬 이온 배터리는 휴대 전화 및 랩톱에 사용되었습니다. 리튬 이온 배터리는 매우 높은 에너지 저장 밀도 덕분에 이러한 놀라운 결과를 달성했습니다. 그리고 좋은 안전 성능. 기술의 지속적인 발전으로 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도와 전력 밀도도 지속적으로 개선되었으며 그 중 나노 기술은 지울 수없는 기여를했습니다. LiFePO4는 전도성이 좋지 않기 때문에 전도성을 향상시키기 위해 사람들은 LiFePO4의 전기 화학적 성능을 크게 향상시키는 나노 입자로 준비했습니다. 또한, 실리콘 음극은 또한 나노 기술의 수혜자입니다. 나노 실리콘 입자는 리튬 인터칼레이션 동안 Si의 부피 팽창을 잘 억제하고 Si 물질의 사이클 성능을 향상시킬 수 있습니다.
음극 재료
1. LiFePO4 소재
LiFePO4 소재는 열 안정성이 좋고 비용이 저렴합니다. LiFePO4 재료 내부의 독특한 공유 결합 구조로 인해 LFP 재료의 전자 전도도가 매우 낮아 높은 비율의 충방전 성능이 제한됩니다. 이를 위해 LFP 물질은 나노 입자로 만들어지고 전도성 물질, 전도성 고분자 및 금속과 같은 물질로 코팅됩니다. 또한, LFP 나노입자에 비화학양론적 고용체 도핑 방법을 혼입함으로써, LFP 나노입자의 전자 전도도가 108만큼 증가될 수 있고, 따라서 LFP 물질이 3분 이내에 충방전될 수 있다. 이것은 전기 자동차에 특히 중요합니다.
2. LiMn2O4 물질 분해 억제
LMO 물질은 입체 Li + 확산 채널을 가지므로 높은 이온 확산 계수를 갖는다. 그러나, Mn3+는 낮은 SoC 상태로 형성된다. Jonh-Teller 효과의 존재로 인해 LMO 구조가 불안정합니다. Mn 원소의 일부는 전해질에 용해되어 최종적으로 음극의 표면에 증착되며, 이는 SEI 막의 구조를 파괴한다. 일부 저가의 주요 족 금속 이온은 Mn의 일부를 대체하기 위해 LMO에 첨가 될 수 있으며, 이로 인해 Mn 원소의 원자가 상태를 증가시키고 낮은 SoC에서 Mn3 +를 감소시킬 수 있습니다. LMO 물질 입자의 표면은 또한 10-20 nm의 두께를 갖는 산화물 및 불화물의 층으로 코팅될 수 있다.
3. NMC 화학 활성 억제
NMC 재료, 특히 고 니켈 NMC 재료의 비용량은 200mAh / g 이상으로 높을 수 있으며 사이클 성능이 매우 우수합니다. 그러나, NMC 물질은 하전 상태에서 전해질의 산화에 매우 취약하다. 높은 니켈 NMC 물질과 전해질의 반응성을 억제하기 위해, 물질은 물질 입자와 전해질 사이의 직접적인 접촉을 피하기 위해 나노 입자로 코팅된다. 재료의 사이클 수명을 크게 개선했습니다. 또한, 코어-쉘 구조를 갖는 나노입자는 반응성을 감소시키는 효과적인 방법이기도 하다. 높은 Mn 쉘은 안정성이 좋지만 용량은 낮고 니켈 코어 용량은 높지만 반응성은 큽니다.
양극 물자
1. 흑연 재료 보호
흑연 재료는 리튬 삽입 전압이 낮아 리튬 이온 배터리의 음극 재료로 매우 적합합니다. 리튬 도핑 흑연은 강한 반응성을 가지며 유기 전해질과 반응하여 흑연 시트가 떨어지고 전해질이 분해됩니다. SEI 막은 전해질의 분해를 억제 할 수 있지만, SEI 막은 흑연 음극에 대해 100 % 내성이 없습니다. 양식 보호. 일반적인 흑연 표면 보호 방법에는 표면 산화 및 나노 코팅 기술이 포함됩니다.
나노 코팅 기술에는 비정질 탄소, 금속 및 금속 산화물의 세 가지 범주가 포함됩니다. 그 중에서도 비정질 탄소는 주로 진공 화학 증착 CVD 방법으로 얻어지며 이는 비용이 저렴하고 대규모 생산에 적합합니다. 금속 및 금속 산화물 나노 코팅은 주로 흑연을 잘 보호하고 전해질 분해를 방지 할 수있는 습식 화학 방법으로 얻어집니다.
2. 리튬 티타네이트 LTO 및 TiO2 재료의 속도 성능을 향상시킵니다.
LTO 재료는 안전성이 높고 Li 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 중에 응력이 발생하지 않으며 리튬 인터칼레이션 전위가 높아 전해질의 분해를 일으키지 않습니다. 그것은 매우 우수한 양극 재료입니다. 그러나 LTO 물질은 비용량이 낮고 전자 및 이온 전도도가 낮습니다. 현재 나노 기술은 주로 입자 나노 기술, 나노 코팅 기술 및 LTO 나노 물질 및 전도성 물질 복합 응용 프로그램을 LTO에 사용합니다. LTO 물질 나노 화는 Li +의 확산 거리를 효과적으로 줄이고 전해질과의 접촉 면적을 늘리며 전하 교환을 강화하며 속도 성능을 향상시킬 수 있습니다.
3. 실리콘 양극의 에너지 밀도를 증가시키십시오
Si 재료의 이론적 인 비 용량은 3572mAh / g에 도달하며, 이는 흑연 재료의 것보다 훨씬 높습니다. 그러나, Si는 리튬 인터칼레이션 및 탈착의 과정 동안 300%의 부피 팽창을 가지며, 입자 파손 및 활물질 흘림을 초래한다. 상기 Si 물질은 Si 입자의 팽창으로 인한 기계적 응력을 완화시키기 위하여 나노입자로 제조된다.
Li-S 배터리는 높은 에너지 밀도와 저렴한 비용을 가지며 매우 유망한 차세대 에너지 저장 배터리입니다. 그러나 현재 Li-S 배터리가 직면하고있는 주요 문제점은 S의 전도성이 낮고 리튬 인터칼레이션 제품의 용해 문제입니다. S를 다공성 중공 탄소 또는 금속 산화물 산화물 나노입자와 컴파운딩함으로써 S의 안정성을 크게 향상시킬 수 있으며 전극의 사이클링 성능을 향상시킬 수 있습니다. 또한, S와 그래핀 물질의 컴파운딩은 또한 S 음극의 사이클링 성능을 크게 향상시킬 수 있다.