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解析碳纳米管材料在锂离子电池中的应用

时期:2022-11-10 00:18 点击数:
本文摘要:目前广泛应用的锂离子电池负极材料一般来说是石墨或者一些碳的其他形态,最少见的锂离子电池负极石墨材料主要有人造石墨和天然石墨,以及中间相碳微球。其中应用于尤为普遍的主要是人造石墨和天然石墨,但是近年来中间相碳微球由于其在容量方面的优势,于是以渐渐获得普遍的应用于。在块状石墨中,锂会非倒数的映射到石墨层间(分段现象),构成仅次于化合物LiC6(理论容量为372mAh/g)。

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目前广泛应用的锂离子电池负极材料一般来说是石墨或者一些碳的其他形态,最少见的锂离子电池负极石墨材料主要有人造石墨和天然石墨,以及中间相碳微球。其中应用于尤为普遍的主要是人造石墨和天然石墨,但是近年来中间相碳微球由于其在容量方面的优势,于是以渐渐获得普遍的应用于。在块状石墨中,锂会非倒数的映射到石墨层间(分段现象),构成仅次于化合物LiC6(理论容量为372mAh/g)。  在锂含量较低时,电压曲线以较小的斜率上升,当电压高于100mV的时候,在锂之后映射的过程中,不会经常出现两个电压平台,在电阻和化学极化的起到下,电压不会经常出现较小的迟缓现象。

低电压的优势是可以提升电池的电压,提升能量密度,缺点是在较低的电压下,可能会导致锂的两县,导致安全性问题。碳纳米管的用于可以提升电池的循环性能,但是不会影响电池的电压曲线(电压范围变窄,电压迟缓逆大)。  碳纳米管是典型的纳米材料,由于其出色的机械和电子特性,应用于范围十分普遍。

锂离子电池中用于碳纳米管首载于Landi等人的报导。单壁碳纳米管(SWNT)是单层石墨烯管,直径为几纳米,长度在亚微米到微米的范围内。Gao等人首先研究了锂在SWNT中的电化学映射,他们在初始循环中观测到了600mAh/g的容量,但是当对SWNT展开球磨后其容量不会减少到1000mAh/g。  有人明确提出这有可能是球篦对碳纳米管的管壁造成了一定程度的毁坏,从而引发SWNT的无序化,从而减少了锂的映射点位,也减少了锂离子转入到碳纳米管内部的地下通道。

碳纳米管的特点是循环电压范围长(0~3VvsLi/Li+),显著的电压迟缓,以及初始金字锂时不可逆容量大(这有可能是由于碳纳米管较高的比表面积导致电解液在其表面分解成较多导致的,也有一部分映射到碳纳米管内部的锂沦为丧失活性沦为杀锂,导致容量损失)  多壁碳纳米管(MWNT)是由石墨烯中空同心圆柱体做成的,科研人员也研究了它的的锂电化学放入特性。MWNT的金字锂电力和循环电压与SWNT十分相似:不可逆容量低(主要在1V附近,主要原因为电解液在碳纳米管的高比表面积上再次发生分解成),电压范围长(0~3VvsLi/Li+),以及显著的电压迟缓(干锂和金字锂间的差异为1V甚至更大)。共轭容量只有100~400mAh/g,比SWNT更加较低,比起于传统的石墨负极没显著的提升。

但是MWNT对高温处置十分脆弱,经过高温处置,石墨化程度提升,明显的减少了不可逆容量,并提升了共轭容量。这主要是高温处置后,样品的表面积变短和样品的无序性减少。  尽管对碳纳米管展开了多年的研究,但是近年来对碳纳米管嵌锂和循环性能的研究并没使得碳纳米管在容量或者倍率性能方面与传统石墨材料或者碳微球比起有显著的优势。

碳纳米管在实际应用于中依然不存在不可逆容量大,电压范围长以及电压迟缓显著的问题。同时由于成本方面的问题,碳纳米管离实际应用于依然不会有很长的路要回头,但是作为一种导电剂加到,提升电极的导电性,减少电池极化,早已在实际生产中取得应用于。


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