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研究人員用碳填充物改善鋰離子電池性能顯著提升電導(dǎo)率

時(shí)間:2020-11-17 21:52來(lái)源:蓋世汽車作者:Elisha

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（圖片來(lái)源：aip）

對(duì)許多便攜式設(shè)備和電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，鋰離子電池是主要充電電源。但這種電池的用途有限，因?yàn)樗荒芗忍峁└吖β瘦敵觯种С挚赡鎯?chǔ)能。據(jù)外媒報(bào)道，最近的研究提供了一項(xiàng)解決方案，通過(guò)加入導(dǎo)電填充物來(lái)改善電池性能。

最佳電池設(shè)計(jì)涉及到通過(guò)厚電極結(jié)構(gòu)來(lái)提高能量密度，但是這種設(shè)計(jì)的鋰離子傳輸能力差，影響電極發(fā)揮關(guān)鍵作用。為了促進(jìn)鋰離子傳輸，研究人員嘗試過(guò)各種改進(jìn)技術(shù)，包括建立垂直排列的通道或制造適當(dāng)大小的孔。

另一種方法是采用由具有導(dǎo)電性的碳制成的填充物。此項(xiàng)研究考慮三類填充物：?jiǎn)伪谔技{米管(SWCNT)、石墨烯納米片和Super P材料。Super P是在石油前體氧化過(guò)程中產(chǎn)生的一種碳黑顆粒，也是鋰離子電池中最常用的導(dǎo)電填料。

研究人員將這些填充物分別添加到NCM（鎳、鈷和錳）電極材料中，并用掃描電子顯微鏡觀察復(fù)合材料。他們發(fā)現(xiàn)，SuperP和NCM粒子是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸的方式排列。而SWCNT被包裹在NCM顆粒周圍，形成導(dǎo)電涂層。此外，在NCM粒子之間的空隙中，可以觀察到相互連接的SWCNT網(wǎng)絡(luò)。石墨烯納米片也包裹在NCM電極顆粒上，但不如SWCNT那樣均勻。

結(jié)果表明，對(duì)NCM電極來(lái)說(shuō)，SWCNT稱得上是最佳導(dǎo)電填充物。研究人員Guihua Yu稱：“所測(cè)得的電導(dǎo)率符合滲透理論。在絕緣基質(zhì)中加入導(dǎo)電填充物，當(dāng)穿過(guò)復(fù)合材料的第一個(gè)導(dǎo)電通道形成時(shí)，電導(dǎo)率就會(huì)顯著增加。”由于滲流需要穿過(guò)填充物的完整路徑，因此需要有足夠的導(dǎo)電填充物。研究人員考慮到不同的填充量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SWCNT質(zhì)量比達(dá)到0.16%時(shí)，NCM電極表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。而要實(shí)現(xiàn)同樣的效果，需要更多的Super P和石墨烯。

研究人員通過(guò)若干光譜技術(shù)，如拉曼光譜和X射線吸收光譜，來(lái)研究所得到的復(fù)合材料。Yu說(shuō)：“我們的研究結(jié)果表明，將SWCNT加入NCM電極中，能夠促進(jìn)離子和電荷轉(zhuǎn)移，提高電化學(xué)利用率，特別是在放電率高的情況下。”

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電池鋰離子電池碳導(dǎo)電填充物單壁碳納米管

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