22 Jahre Batterieanpassung

Die Anwendung von Kohlenstoffmaterialien in Anodenmaterialien Titansäure-Lithiumbatterien wird beschrieben

Sep 21, 2019   Seitenansicht:401

Lithiumtitan mit Struktur gilt aufgrund seiner hohen Lebensdauer und Sicherheitseigenschaften als eines der vielversprechendsten Kathodenmaterialien für Lithiumionenbatterien. Die Anwendung von Lithiumtitan ist jedoch aufgrund seiner geringen elektronischen Leitfähigkeit und der leichten Gasbilge während des Lade- und Entladezyklus stark eingeschränkt. Kohlenstoffmaterialien mit hoher Leitfähigkeit, Umweltfreundlichkeit, stabilen chemischen und thermischen Eigenschaften und verschiedenen Strukturen werden mit Lithiumtitan zu einem Verbundanodenmaterial kombiniert, das die Leitfähigkeit des Materials effektiv verbessern und die Gasbilge hemmen kann und eine Schlüsselrolle bei der Optimierung spielt der Leistung von Elektrodenmaterialien. Kohlenstoffmaterialien in den letzten Jahren wurden in diesem Artikel untersucht. Die Anwendung und der Forschungsfortschritt bei Lithium-Titan-Kathoden, die eingehende Analyse und Diskussion der Kohlenstoff-Materialien zur Verbesserung der umfassenden elektrochemischen Eigenschaften des Lithium-Titan-Weges und des Verbesserungseffekts zeigen die Unterschiede auf Formen von Lithiumtitan / Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen müssen auf Probleme bei der Herstellung und Anwendung achten, und die Anwendungsrichtung für Lithiumtitan / Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe der Zukunft wird erwartet.

Die Einleitung

Mit dem kontinuierlichen Abbau fossiler Energie und der Verschärfung von Umweltproblemen ist die Entwicklung und effiziente Speicherung sauberer und erneuerbarer Energien zu einem wichtigen Thema von globaler Bedeutung geworden. Unter vielen Energiespeichern ist der lithium-ionen-akku seit seiner Vermarktung aufgrund seiner Vorteile wie hohe Energiedichte, lange Lebensdauer, niedrige Selbstentladungsrate, kein Memory-Effekt und Umweltfreundlichkeit schnell entwickelt und weit verbreitet. In den letzten Jahren wurde die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte, hoher Leistungsdichte, ausgezeichneter Sicherheit und langer Lebensdauer zu einer Aufgabe, um sich an die rasche Entwicklung neuer Energiefahrzeuge, Smart Grids und anderer großer Energiespeicher anzupassen Schwerpunkt im Bereich der Energiespeicherung.

Gegenwärtig sind die kommerzialisierten Kathodenmaterialien der Lithiumionenbatterie noch hauptsächlich Kohlenstoffmaterialien (wie Graphit), die reversibel eingebettet und zwischen den Schichten von Lithiumionen abgezogen werden können. Da das Lithiumpotential von Graphit nahe an dem von Lithiummetall liegt, wird beim Überladen Lithiumdendrit gebildet, was zu Sicherheitsproblemen führt. Beim Lithium-Inlay verlieren Graphitmaterialien aufgrund der Volumenexpansion auch den effektiven leitenden Kontakt zwischen aktiven Materialien, was zu einem Kapazitätsverlust führt. Diese Mängel begrenzen die Anwendung von Graphit-Kohlenstoffanodenmaterialien in Fahrzeug- und Smart-Grid- und anderen großen Lithium-Ionen-Batterien und Leistungsbatterien. Daher ist es der Schlüssel, die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln, um Anodenmaterialien zu finden, die sicherer und zuverlässiger sind und eine längere Lebensdauer als Kohlenstoffanodenmaterialien haben.

Lithiumtitan mit Struktur ist eines der neuen Kathodenmaterialien. Lithiumtitan hat im Vergleich zur Graphitanode ein höheres Lithiumpotential, wodurch die Ausfällung von Lithiummetall und die Bildung von Lithiumdendriten wirksam vermieden werden kann. In Lithiumtitan und Lithium eingebettetes Li7Ti5O12 weisen eine viel höhere thermodynamische Stabilität als Graphit auf, was nicht leicht zu einem thermischen Durchgehen der Batterie führt und somit eine höhere Sicherheit bietet. Gleichzeitig ändern sich beim Implantieren und Freisetzen von Lithiumionen die Kristallgitterparameter kaum, und die Kristallstruktur kann ein hohes Maß an Stabilität aufrechterhalten. Lithiumtitan weist als "spannungsfreies" Material eine ausgezeichnete zyklische Stabilität auf. Darüber hinaus weist Lithiumtitan eine hervorragende Niedertemperaturleistung, eine schnelle Ladekapazität und eine hohe Kostenleistung auf, sodass es eine gute Anwendungsperspektive in großen Energiespeichern und anderen Bereichen bietet.

Obwohl Lithiumtitan die oben genannten Vorteile aufweist, haben Lithiumionenbatterien mit Lithiumtitan als Negativelektrode nicht die erwartete rasche Industrialisierung erreicht, da Lithiumtitan 1989 erstmals als negatives Elektrodenmaterial verwendet wurde. Die Hauptfaktoren, die die großtechnische Anwendung von Lithiumtitan einschränken, sind die beiden Aspekte von Materialien und Vorrichtungen:

Erstens beträgt die elektronische und ionische Leitfähigkeit von Lithiumtitan 10-13 s ˙ und die 10-9-10-13 cm - 1 cm² & Punkt; S-1 beträgt die Energielücke des Elektronenübergangs in Lithiumtitan etwa 2 eV, und die intrinsische Isolationseigenschaft des Materials schränkt seine Multiplikatorleistung unter den Bedingungen einer hohen Stromladung und -entladung stark ein.

Zweitens gibt es im Lade- und Entladezyklus und im Speicherprozess von Lithiumionenbatterien mit Lithiumtitan als negativer Elektrode ein allgemeines Phänomen der "Flatulenz", dh, dass ständig Gas in der Batterie erzeugt wird, insbesondere bei Flatulenz bei hohen Temperaturen ist ernster.

In Anbetracht der beiden oben genannten Probleme haben in- und ausländische Forscher umfangreiche und gründliche Forschungsarbeiten durchgeführt, darunter:

(1) Verbesserung der elektronischen Leitfähigkeit von Lithiumtitan durch Ionendotierung, Beschichtung leitfähiger Substanzen oder Bildung von Verbundwerkstoffen mit leitfähigen Substanzen;

(2) Das NANO-Strukturdesign von Lithiumtitan wird durchgeführt, um den Ionendiffusionsabstand zu verkürzen und die Multiplikatorleistung zu verbessern.

(3) durch eingehende Untersuchung des Gaserzeugungsmechanismus von Lithium-Titan-Materialien, um Wege zu finden, um das Aufblähen von Batteriegas zu verhindern. In den letzten Jahren ist Lithiumtitan ein heißes Thema in der Forschung zur Kombination von Kohlenstoffmaterialien mit Lithiumtitan, das eine hohe Leitfähigkeit, Umweltfreundlichkeit, stabile chemische und thermische Eigenschaften und verschiedene Strukturen aufweist, mit Lithiumtitan zu Verbundwerkstoffen geworden.

In den letzten Jahren wurde in diesem Artikel die Anwendung von Anodenmaterialien aus Kohlenstoffmaterial in der Lithiumtitanforschung untersucht, eine eingehende Analyse und Diskussion des Kohlenstoffmaterialeffekts auf die Verbesserung der umfassenden elektrochemischen Eigenschaften von Lithiumtitan-, Lithiumtitan / Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen zusammengefasst Bei den Problemen muss bei der Herstellung und Anwendung darauf geachtet werden, und schließlich wird auf die Anwendungsrichtung der Lithiumtitan / Kohlenstoff-Verbundelektrodenmaterialien der Zukunft hingewiesen

Grundstruktur und Lade- und Entladungsmechanismus von Lithiumtitan

Lithiumtitan als weißer Kristall mit Struktur kann in der Luft stabil sein, die Formel kann geschrieben werden als Li (Li / 3 ti5 / 3), m1 für Fd3m Raumgittergruppe, der Sauerstoffionen kubisch dicker Haufen eines flächenzentrierten kubisches Gitter, lokalisiert an 32e Position, Lithiumionentetraeder 8a Position und 16d Position durch Lithiumion bzw. Titanion (Ti4 +) mit 1,5 Atomskala. Daher kann die Strukturformel von Lithiumtitan als Li (8a) [Li / 3ti5 / 3] (16d) O4 (32e) ausgedrückt werden. Beim Einbetten von Lithiumionen werden drei ursprüngliche 8 a-Positionen von Lithium aufgrund elektrostatischer Abstoßung in die 16 c-Position übertragen. Gleichzeitig werden drei neue Lithiumatome in die Struktur der 16 c-Position eingebettet, die der Steinsalzstruktur Li7Ti5O12 passieren Die Li4Ti5O12-Strukturtransformation, die von drei Ti4 + zu Ti3 + begleitet wird, einschließlich der Li7Ti5O12-Formel, kann als Li2 (16 c) Li / 3 ti5 / 3 (16 d) m1 (32 e) dargestellt werden.

Es wird allgemein angenommen, dass der Lade- und Entladungsmechanismus des Zweiphasenübergangs dem in Abbildung 2 gezeigten Kern-Schale-Modell folgt, dh wenn Lithium eingebettet ist, bildet die Oberfläche von Lithiumtitanpartikeln allmählich eine hochleitfähige Li7Ti5O12-Schicht der Salzphase. Wenn Lithium eingebettet ist, wird Li4Ti5O12 vollständig in Li7Ti5O12 umgewandelt. Wenn Lithium austritt, wird die Oberfläche von Li7Ti5O12 allmählich von dem gebildeten Li4Ti5O12 mit niedriger elektronischer Leitfähigkeit bedeckt, und schließlich wird Li7Ti5O12 vollständig in Li4Ti5O12 umgewandelt. Während des Lithium-Einbettungs- / Strippprozesses besteht eine sehr flache Potentialplattform mit einem Potential von 1,55 V (Li / Li +). Während dieses Prozesses änderten sich die Zellparameter von 8,3595 auf 8,3538, und die entsprechende Änderung des Zellvolumens betrug nur 0,2%, was fast ignoriert werden konnte. Daher wird Lithiumtitan auch als "spannungsfreies" Material bezeichnet. Diese Eigenschaft von Lithiumtitan verleiht ihm eine sehr hohe Strukturstabilität und bildet die Grundlage für seine gute Leistung beim Laden und Entladen.

Verbesserung der Leistung von Lithiumtitan durch Kohlenstoffmaterialien

Obwohl die strukturellen Eigenschaften von Lithiumtitan eine bessere zyklische Stabilität und Sicherheit als Graphitkohlenstoffmaterialien ermöglichen, ist die elektronische Leitfähigkeit von Lithiumtitan sehr gering, was es schwierig macht, die spezifische Kapazität des Materials vollständig auszuüben. Gleichzeitig ist die Leistung von Lithiumtitan unter der Bedingung einer hohen Stromladung und -entladung begrenzt, was die Anforderungen von hochleistungsbatterien nicht erfüllen kann. Um das Verhältnis der Lithiumtitanleistung zu verbessern, haben Forscher in den letzten 20 Jahren eine Vielzahl von Methoden entworfen und entwickelt, beispielsweise durch die Untersuchung der NANO-Struktur von Lithiumtitanmaterial zur Verkürzung des Abstands zwischen Ionendiffusion in der Bulk-Phase oder durch Oberflächenmodifikation und Ionendotierung zur Verbesserung der Oberflächen- und Phasenleitfähigkeit von Lithiumtitan oder Kombination mehrerer Methoden zur Verbesserung der umfassenden Leistung von Materialien. Kohlenstoffmaterialien mit hoher Leitfähigkeit, Umweltfreundlichkeit und verschiedenen Strukturen können mit Lithiumtitanmaterialien durch Beschichtung, gleichmäßiges Mischen, In-situ-Verbundwerkstoffe und andere Verfahren kombiniert werden, um den leitenden Kontakt zwischen Lithiumtitanpartikeln effektiv zu verbessern und ihre Leitfähigkeit zu verbessern. Gleichzeitig werden durch Design und Konstruktion mehrere Formen und Strukturen von Kohlenstoffmaterialien und Lithiumtitan verwendet, um eine Verbundstruktur zu bilden, die dem Ionentransport förderlich ist, wodurch auch die Migrationsrate von Lithiumionen und Elektrolyt in den Elektrodenmaterialien verbessert werden kann Verbesserung der Geschwindigkeitsleistung und der Zyklenstabilität der Elektrodenmaterialien.

Kohlenstoffbeschichtetes Lithiumtitan

Kohlenstoffbeschichtung ist derzeit die am häufigsten verwendete Lithium-Titan-Modifikationsmethode, kann direkt in den Prozess der Herstellung der Kohlenstoffquelle eingeführt werden, die Lithium-Titan-Partikel-Oberflächendicke der kohlenstoffbeschichteten Schicht, um die elektrische Leitfähigkeit der Lithium-Titan-Materialoberfläche zu verbessern, und Verbesserung von Lithiumtitan und Ansammlung von Flüssigkeit zwischen dem leitenden Kontakt zwischen Partikeln, Verbesserung der elektrochemischen Leistung von Lithiumtitan. Die Kohlenstoffbeschichtung von Lithiumtitan kann durch ein Festphasenverfahren, ein hydrothermisches Verfahren, ein Sol-Gel-Verfahren und andere Verfahren erreicht werden. Die verwendeten Kohlenstoffquellen sind verschieden, einschließlich anorganischer Kohlenstoffquellen, organischer Kohlenstoffquellen und Kohlenstoff, der durch ein chemisches Dampfphasenverfahren abgeschieden wird. In den letzten Jahren wurde mit der Vertiefung der Forschung auch stickstoffdotierter Kohlenstoff als Beschichtungsschicht verwendet, um die elektrische Leitfähigkeit von Materialien weiter zu verbessern.

Wang überhaupt. nahm PANI als Kohlenstoffquelle und stellte Lithium-Titan-NANO-Partikel mit leitenden Ti3 + - und Kohlenstoffschichten auf der Oberfläche durch In-situ-Beschichtungsverfahren her. In-situ-Carbid von PANI kann nicht nur das Wachstum von Lithiumtitanpartikeln hemmen und eine Rolle bei der Partikelgrößenregulierung spielen, sondern auch einen Teil der Materialoberfläche Ti4 + zu Ti3 + reduzieren, was zusammen mit der gebildeten Kohlenstoffschicht die elektrische Leitfähigkeit erhöht des Materials, wodurch die Ratenleistung signifikant verbessert wird. Wenn die Stromdichte auf 1,5 a / g (etwa 10 ° C) ansteigt, kann die Entladekapazität 115 mAh / g erreichen.

Jung überhaupt. verwendeten Asphalt als Kohlenstoffquelle und stellten kohlenstoffhaltige Kugeln aus porösem Mikron mit Lithiumtitangröße im einfachen Festphasenverfahren her. Jede Mikronkugel besteht aus mehreren NANO-Meter-Lithium-Titan-Partikeln, sodass das Material eine hohe Tap-Dichte aufweist. Gleichzeitig fördert die zwischen den NANO-Partikeln gebildete NANO-Porenstruktur den schnellen Transfer von Elektrolyt- und Lithiumionen, während die gleichmäßige Kohlenstoffbeschichtung die Leitfähigkeit des Materials verbessert, so dass das Material eine hervorragende Vergrößerungsleistung zeigt. Bei einer Vergrößerung von 100 ° C beträgt die entladungsspezifische Kapazität von 123 mAh / g immer noch 70,3% der theoretischen spezifischen Kapazität.

Li überhaupt. verwendeten das CTAB als Tensid und Kohlenstoffquelle, verwendeten hydrothermische und nachfolgende Wärmebehandlungsverfahren und erhielten kohlenstoffbeschichtetes Lithiumtitan mit hoher Vergrößerungsleistung. Bei einer Lade-Entlade-Vergrößerung von 10 ° C und 20 ° C könnte die spezifische Kapazität 151 mAh / g bzw. 136 mAh / g erreichen.

Cheng überhaupt. verwendeten das Verfahren der thermischen Phasenzersetzung, um eine wirksame Kohlenstoffbeschichtung auf Lithiumtitanpartikeln durchzuführen, und bildeten eine kontinuierliche und gleichmäßige (etwa 5 nm) Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche von Lithiumtitan. Erhöhen Sie cm & supmin; ¹ auf 2,05 S & supmin; ¹ cm & supmin; ¹. Bei der Stromdichte von 0,2 ma / cm² betrug die entladungsspezifische Kapazität 155 mAh / g. Der Autor verglich auch die elektrochemischen Reaktionswege zwischen den Elektrodenmaterialien, die durch Mischen von Ruß als leitfähigem Mittel mit Lithiumtitan gebildet wurden, und dem kohlenstoffbeschichteten Lithiumtitan, wie in Abbildung 3 gezeigt. Obwohl die meisten Bereiche auf der Oberfläche von Partikeln des ersteren können Kontakt mit dem Elektrolyten, der der Diffusion von Lithiumionen förderlich ist, beschränkt sich die eigentliche Reaktion auf die Stellen mit Elektronenleitungswegen. Die Kohlenstoffmantelschicht des letzteren kann genügend Elektronenleitungswege für das Material bereitstellen, und die Kristalldefekte in der Kohlenstoffmantelschicht können den Durchgang von Lithiumionen durch die Kohlenstoffschicht erleichtern, so dass das kohlenstoffbeschichtete Lithiumtitan höhere Multiplikatoreigenschaften aufweist.

Zum ersten Mal überhaupt Zhao. Herstellung von mit Stickstoff dotierten kohlenstoffbeschichteten NANO-Lithiumtitanpartikeln unter Verwendung von ionischem flüssigem Methyl als Kohlenstoffquelle. Da die Zugabe von Stickstoff die Reaktivität und Leitfähigkeit von Kohlenstoff erhöhen kann, weist das Material eine gute Geschwindigkeitscharakteristik auf und kann die entladungsspezifische Kapazität von 130 mAh / g bei einer Geschwindigkeit von 10 ° C erhalten.

Li überhaupt. In unserer Forschungsgruppe wurde TBAOH als Dispergiermittel, Kohlenstoffquelle und Stickstoffquelle verwendet, und nach der Wärmebehandlung wurde eine mit Kohlenstoff dotierte Kohlenstoffbeschichtungsschicht gleichmäßig auf der Oberfläche einer ultradünnen zweidimensionalen Lithiumtitan-NANO-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 bis 2 nm gebildet. Die mit Stickstoff dotierte Kohlenstoffschicht, die gleichmäßig auf die Oberfläche der Lithiumtitan-NANO-Schicht aufgetragen ist, kann ein wirksames leitendes Netzwerk in der gesamten Elektrode bilden, das der schnellen Übertragung von Elektronen förderlich ist, während die reichlich vorhandene Porenstruktur der Diffusion von Lithium förderlich ist Ionen und Elektrolyte, so dass die Elektrode eine super hohe Vergrößerungsleistung zeigt. Bei 100 ° C beträgt die reversible spezifische Kapazität immer noch 131 mAh / g.

Neben der Kohlenstoffquelle sind auch die für die Kohlenstoffummantelung verwendeten Verfahrensschritte kritisch. Die Herstellung von Lithiumtitan mit hoher Kristallisation erfordert normalerweise ein Hochtemperatur-Wärmebehandlungsverfahren, aber die Hochtemperatur-Wärmebehandlung führt häufig zur Zerstörung der NANO-Struktur des Lithiumtitan-Vorläufers aufgrund der aushärtenden Agglomeration, die nicht zurückgehalten werden kann. Mit dem Ziel dieser Eigenschaft, Li überhaupt. schlugen ein Verfahren vor, um kohlenstoffbeschichtetes NANO-Titanoxid im Voraus herzustellen und es dann mit Lithiumsalz bei hoher Temperatur zu reagieren, um kohlenstoffbeschichtetes Lithiumtitan zu erzeugen. Durch dieses Verfahren können Lithiumtitanmaterialien mit sowohl NANO-Struktur als auch hoher Kristallisation erhalten werden. Zusätzlich zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Materialien kann die vorgeformte Kohlenstoffbeschichtung auch das Wachstum von Körnern bei der anschließenden Hochtemperaturreaktion hemmen und eine Rolle bei der Begrenzung der Partikelgröße spielen. Mit dieser Methode überhaupt Zhu. Zuerst wurde das kohlenstoffbeschichtete Titanoxid durch Saccharoselösung hergestellt und dann die kohlenstoffbeschichteten porösen NANO-Mikrokugeln durch Mahlen, Sprühgranulation und Kalzinieren mit Lithiumsalzpellets erhalten. Das Material hat immer noch eine spezifische Kapazität von 126 mAh / g bei einer Geschwindigkeit von 20 ° C und 1000 Zyklen bei einer Geschwindigkeit von 1 ° C mit einer Kapazitätsretentionsrate von 95%. Shen überhaupt. verwendeten dieses Verfahren auch, um NANO-Titanoxid mit Kohlenstoff vorzubilden und es dann mit Lithiumsalz in einer Hochtemperatur-Festphasenreaktion reagieren zu lassen und schließlich kohlenstoffbeschichtetes Lithiumtitan mit Kern-Schale-Struktur zu bilden, bei dem die Teilchengröße von Lithiumtitan etwa beträgt 20 bis 50 nm und die Dicke der Kohlenstoffschicht beträgt etwa 1 bis 2 nm. Das Lithiumtitan dieser Struktur zeigte eine ausgezeichnete Vergrößerungsleistung mit einer spezifischen Kapazität von 85,3 mAh / g bei einer Vergrößerung von 90 ° C und einer Kapazitätsretentionsrate von 95% nach 1000 Zyklen bei einer Vergrößerung von 10 ° C.

Tabelle 1 fasst die Auswirkungen verschiedener Beschichtungsverfahren, Kohlenstoffgehalt, Kohlenstoffschichtdicke und Graphitgrad auf die Eigenschaften von kohlenstoffbeschichtetem Lithiumtitan zusammen. Der Graphitgrad von Kohlenstoffmaterialien in der Tabelle wird durch das Peakfestigkeitsverhältnis (ID / IG) von D-Film und G-Film im Raman-Spektrum dargestellt. Je kleiner das Verhältnis ist, desto höher ist der Graphitgrad. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, wird die Wirkung einer Kohlenstoffbeschichtung, wenn sie die elektrochemischen Eigenschaften von Lithiumtitanmaterialien verbessert, durch Faktoren wie den Graphitgrad, die Dicke und die Gleichmäßigkeit der Kohlenstoffbeschichtung beeinflusst.

Aufgrund der Bildung einer kohlenstoffbeschichteten Kohlenstoffquellendiversität, unterschiedlicher Struktur, ist der resultierende kohlenstoffbeschichtete Graphitgrad der Kohlenstoffmaterialien nicht gleich, und der Graphitgrad der Kohlenstoffmaterialien bestimmt seine hohe und niedrige elektrische Leitfähigkeit, so dass der Beschichtungseffekt tendenziell neigt Um einen sehr großen Unterschied zu haben, muss dies gemäß den Anforderungen der Materialeigenschaften und der Wahl der Kohlenstoffquelle und der Optimierung erfolgen. Dicke der Kohlenstoffbeschichtungsschicht und Material der eng verwandten elektronischen Leitfähigkeit und Ionendiffusionsrate, die die Dicke der Kohlenstoffbeschichtungsschicht auf der Oberfläche des Materials, der Materialoberfläche und damit die Leitfähigkeit der entsprechenden zwischen den Partikeln erhöhen, aber eine dicke Schicht von Kohlenstoffbeschichtet und Hemmung des Lithiumionentransports verringern bis zu einem gewissen Grad die Ionendiffusionseffizienz und beeinflussen somit das Leistungsverhältnis; Die Gleichmäßigkeit der Kohlenstoffummantelung wirkt sich direkt auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Materialoberfläche aus, einschließlich Elektronentransfer, Ionendiffusion sowie Bildung und Stabilität des SEI-Films auf der Materialoberfläche. Zhu, wie die Schichtschichtdicke wurde untersucht und der Graphitgrad von kohlenstoffbeschichteten Titansäurelithiummaterialien den Einfluss der elektrochemischen Eigenschaften, die Studie ergab, dass die Ladungsübertragungsimpedanz Rct und der Lithiumionendiffusionskoeffizient mit der Zunahme des Kohlenstoffs zunehmen würden Die Dicke der Beschichtungsschicht wird verringert, aber die Dicke der Kohlenstoffbeschichtungsschicht auf die Lithiumionentransportrate ist größer. Der Einfluss dieser Kohlenstoffschicht sollte so dünn wie möglich sein. Zusätzlich kann die Verbesserung des Graphitgrades die Leitfähigkeit des Materials erhöhen und gleichzeitig die Defekte verringern. Aufgrund der Verringerung seiner eigenen strukturellen Defekte wird jedoch auch die Übertragungsrate von Lithiumionen entsprechend verringert. Chen überhaupt. gelangte zu ähnlichen Schlussfolgerungen, da angenommen wurde, dass der Graphitgrad der Kohlenstoffummantelungsschicht und die Zunahme der Kohlenstoffschichtdicke die Diffusion von Lithiumionen in gewissem Maße behindern würden. Zusammenfassend sollte bei der Durchführung eines Kohlenstoffmantels auf der Oberfläche von Lithiumtitan nicht nur eine vernünftige Auswahl der Kohlenstoffquelle getroffen werden, sondern auch die Dicke und Gleichmäßigkeit der Kohlenstoffmantelschicht sollte reguliert werden, um den Elektronentransfer und die Ionendiffusionsrate von zu verbessern das Material gleichzeitig, um die besten elektrochemischen Eigenschaften des Materials zu erhalten.

Die Leistungsverbesserung von Lithiumtitan durch Kohlenstoffbeschichtung wurde im Allbatterietest weiter bestätigt. Zhu überhaupt. baute das kohlenstoffbeschichtete NANO-Porenlithiumtitan und -lithium (LiMn2O4) unter Verwendung des vorbereiteten kohlenstoffbeschichteten NANO-Porenlithiumtitans und -lithiums (LiMn2O4) zu einer 26650-Säulenlithiumbatterie zusammen. Die Kapazität von 2600 mAh (spezifische Energiedichte 70 Wh / kg) bei 0,2 ° C (520 mAh / g) kann genutzt werden. Sie glauben, dass die Hauptursache für den Kapazitätsabfall darin besteht, dass die Auflösung von Mangan im Elektrolyten die Integrität des SEI-Films auf der Kohlenstoffoberfläche zerstört. Um diese Idee zu testen, bauten sie kohlenstoffbeschichtetes NANO-Porenlithiumtitan und Lithiumeisenphosphat zu einer 18650-Säulenbatterie zusammen, die 3.000-mal zyklisch arbeitet und fast keine Kapazitätsdämpfung aufweist. Er überhaupt. mit Kohlenstoff beschichtetes Lithiumtitan und mit ternären Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) -Anodenmaterialien beschichtetes Lithiumtitan zu einer Softpack-Batterie vom Typ 034352 zusammengebaut und eine Vergleichsstudie durchgeführt. Sie fanden heraus, dass nach 400 Zyklen bei 0,5 c Multiplikator die Kapazität der kohlenstoffbeschichteten Lithiumtitanbatterie keine Dämpfung aufwies, während die Kapazität der kohlenstoffbeschichteten Lithiumtitanbatterie eine Dämpfung von 6,9% aufwies. Wen überhaupt. baute die von ihnen hergestellte kohlenstoffbeschichtete Lithium-Titan-Mikrokugel und die Lithium-Positivelektrode zu einer Vierkantbatterie vom Typ 043048 zusammen. Durch die Studie wurde festgestellt, dass die kohlenstoffbeschichtete Lithiumtitan-Mikrokugel eine stabile Grenzfläche und eine gute elektrische Leitfähigkeit aufwies und die Geschwindigkeit und Zyklusleistung der zusammengebauten Batterie signifikant besser waren als die der kohlenstoffbeschichteten Lithiumtitan-Mikrokugel. Die Verbesserung der Leistung der kohlenstoffbeschichteten Lithiumtitanbatterie wird auch auf die Verbesserung der Materialgrenzfläche und der Batteriegasexpansion durch das kohlenstoffbeschichtete Lithiumtitan als negative Elektrode zurückgeführt, die in Abschnitt 4 ausführlich beschrieben werden Aufgrund der obigen Forschungsergebnisse wurden kohlenstoffbeschichtete Lithiumtitanmaterialien teilweise kommerziell hergestellt und angewendet.

Lithiumtitan / Kohlenstoff-Verbundwerkstoff mit spezieller Struktur Kohlenstoffmaterialien können als Beschichtung verwendet werden, um die elektrochemischen Oberflächeneigenschaften von Lithiumtitan zu verbessern, und können auch mit Lithiumtitan kombiniert werden, um Verbundwerkstoffe mit speziellen morphologischen Strukturen gemäß ihren eigenen Vorteilen in Struktur und Leistung zu bilden . In den letzten Jahren, mit der Vertiefung der Forschung an Kohlenstoff-NANO-Rohren, Graphit und anderen neuen NANO-Kohlenstoffmaterialien, werden diese Kohlenstoffmaterialien mit ausgezeichneter Leitfähigkeit, hoher spezifischer Oberfläche, geringem Gewicht und Flexibilität zunehmend bei der Herstellung von Verbundelektrodenmaterialien verwendet. und zeigen gute Anwendungsaussichten.

Kohlenstoff-NANO-Röhren haben einzigartige eindimensionale röhrenförmige NANO-Strukturen, ein ultrahohes Aspektverhältnis, eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, eine große spezifische Oberfläche, eine hohe mechanische Festigkeit und eine gute chemische Stabilität. Nach der Bildung von Verbundmaterial mit Lithiumtitan kann der leitende Kontakt zwischen den aktiven Materialteilchen und dem aktiven Material und der Kollektorflüssigkeit erhöht werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des Materials signifikant verbessert werden kann. Shen überhaupt. stellten ein Verbundmaterial aus mehrwandigen Kohlenstoff-NANO-Rohren und Lithiumtitan mit koaxialer NANO-Tether-Kern-Schale-Struktur mittels Sol-Gel-Verfahren, anschließender Wasserwärmebehandlung, Kalzinierung und anderen Verfahren her, und sein schematisches Diagramm ist in Abbildung 5 dargestellt "Kern" des Materials ist ein mehrwandiges Kohlenstoff-NANO-Rohr mit hoher Leitfähigkeit, das eine gute leitende Verbindung bereitstellen kann, während die "Hülle" aus Lithium-Titan-NANO-Partikeln besteht, die eine poröse Struktur von etwa 25 nm Dicke bilden, die eine große Kontaktfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt für das Material, wodurch der Diffusionsabstand von Lithiumionen verkürzt wird. Im Vergleich zu Lithiumtitan-NANO-Partikeln weisen Lithiumtitan-Verbundwerkstoffe mit NANO-Tether-Kern-Schale-Struktur eine höhere elektrische Leitfähigkeit und Lithiumionenimplantationskinetik auf, wodurch eine höhere Geschwindigkeitsleistung und Zyklenstabilität erzielt werden. Die spezifische Kapazität von 96,1 mAh / g und 68 mAh / g blieb bei 40 ° C bzw. 60 ° C Vergrößerung, und nur 5,6% der Kapazität wurden nach 100 Zyklen bei 1 ° C Vergrößerung abgeschwächt.

Naoi überhaupt. synthetisierte eine Art Verbundmaterial mit Lithium-Titan-NANO-Partikeln, die unter Verwendung von Kohlenstoff-NANO-Fasern gleichmäßig an der Außenwand von Kohlenstoff-NANO-Fasern wachsen. Es hat eine super hohe Vergrößerungsleistung.

Graphit besteht aus der einzelnen Schicht von Kohlenstoffatomen mit zweidimensionaler Struktur aus NANO-Kohlenstoffmaterialien. Neben den hervorragenden Eigenschaften haben Kohlenstoff-NANO-Rohre eine spezielle zweidimensionale Struktur und eine höhere Festigkeit, die eine gute Flexibilität aufweist und im Verbundwerkstoff enthalten sein kann Materialien haben den Effekt eines strukturellen Trägers und einer Puffervolumenexpansion, so dass die Zugabe von Graphit zu einer schlechten Leitfähigkeit und Volumenexpansion führen kann. Umfassende elektrochemische Eigenschaften von Elektrodenmaterialien haben sich erheblich verbessert und werden häufig in einer Vielzahl von Verbundelektrodenmaterialien verwendet. Shen überhaupt. stellten ein Verbundelektrodenmaterial aus NANO-Meter-Lithium-Titan-Kristallpartikeln her, die durch nasschemische Verfahren an Graphit-NANO-Meter-Platten verankert waren. In Graphit und dem Prozess des In-situ-Verbunds von Lithiumtitan kann Graphit zwischen den Elektrodenmaterialien nicht nur eine Netzwerkstruktur mit hoher Leitfähigkeit bilden, sondern auch im Prozess der Materialherstellung können Partikel, die zusammen aufgewachsen sind, nicht nur die gesamte Leitfähigkeit verbessern des Materials verkürzte auch die Lithiumionen und Elektronen im Materialtransportweg, so dass das Material ein gutes Leistungsverhältnis aufweist, unter 60 c Verhältnis beträgt die spezifische Kapazität 82,7 mAh / g.

Zhu überhaupt. Herstellung von graphitbeschichteten Lithium-Titan-NANO-Partikel-Verbundwerkstoffen durch Kombination der Sol-Gel-Methode und der elektrostatischen Spinntechnologie. Die elektrostatische Spinntechnologie ermöglicht es dem Verbundwerkstoff, eine Struktur im NANO-Maßstab zu bilden, die der Übertragung von Ionen und Elektronen förderlich ist, während die Zugabe von Graphit die Leitfähigkeit des Materials verbessert, so dass das Material eine hohe Vergrößerungsrate und Zyklenstabilität aufweist. Bei der Vergrößerung von 22 ° C bleibt die Kapazitätsbeibehaltungsrate von 91% nach 1300-fachem Zyklus immer noch erhalten.

Pang überhaupt. verwendeten das Verfahren der elektrostatischen Adsorption und Montage, um ein Verbundstrukturmaterial mit in das Loch geladenen Lithiumtitanpartikeln herzustellen, die auf Graphitplatten geladen waren. Die spezifische Kapazität des Materials betrug 141 mAh / g bei einem Verhältnis von 10 ° C und der Kapazitätsverlust betrug 9% nach 100 Zyklen.

Oh überhaupt. Herstellung von mit Graphit eingekapselten Lithiumtitan-NANO-Partikeln als Verbundstrukturmaterial durch Verstärkung der Phasenreaktion durch elektrostatische Wechselwirkung. Dieses Material hat die beste Vergrößerungsleistung, wenn der Graphitgehalt 2,1% beträgt und die spezifische Kapazität bei 100 ° C 105 mAh / g erreichen kann.

Mit der mikrowellenunterstützten Lösungsmittel-Thermomethode überhaupt Kim. hergestellte Lithiumtitan-NANO-Partikel, die gleichmäßig auf dem reduzierten Weg als Verbundelektrodenmaterial verteilt sind, wie in 6 gezeigt. Die spezifische Kapazität des Verbundmaterials betrug 128 mAh / g und 101 mAh / g bei 50 ° C bzw. 100 ° C Vergrößerung, und die Kapazitätsretentionsrate betrug 96% nach 100 Zyklen bei 10 ° C Vergrößerung. Aufgrund der Zugabe und strukturellen Regulierung von Graphit zeigten diese Verbundelektrodenmaterialien alle eine signifikant verbesserte Vergrößerungsleistung.

Unsere Forschungsgruppe hat Lithium-Titan-Partikel im NANO-Maßstab durch ein in der Industrie übliches Kugelmahlverfahren hergestellt und gleichmäßig auf hochleitfähigem Graphit verteilt. Falten von Graphitschichten, die sich überlappen, bilden das dreidimensionale leitende Netzwerk, wodurch der Ladungstransfer zwischen den Elektrodenmaterialien und dem Elektrolytgrenzflächenwiderstand wirksam verringert wird und die Elektrodenmaterialien mit elektrischer Potentialdifferenz die Lade- und Entladeplattform signifikant reduzieren, wobei die Polarisation der Elektrode wurde effektiv verbessert, so das hervorragende Verhältnis von Leistung und stabiler Zyklusleistung erhalten. Bei einer Geschwindigkeit von 30 ° C kann die spezifische Kapazität 122 mAh / g erreichen, und nach 300 Zyklen bei einer Geschwindigkeit von 20 ° C beträgt die Kapazitätsbeibehaltungsrate 94,8%.

Durch die Verwendung der hohen Leitfähigkeit von NANO-Kohlenstoffmaterialien und ihrer eigenen strukturellen Eigenschaften kann ein guter leitender Kanal oder ein gutes Netzwerk für Lithiumtitan in Verbundwerkstoffen bereitgestellt werden, wodurch der Mangel an Lithiumtitanleitfähigkeit überwunden werden kann. Um jedoch die Leistungsdichte von Elektrodenmaterialien zu verbessern, müssen die Elektronenleitfähigkeit und die Ionendiffusionsrate übereinstimmen. Daher ist der Schlüssel zur Herstellung von Lithium-Titan-Verbundelektrodenmaterialien die Gestaltung der Struktur der Verbundmaterialien und die gleichzeitige Verbesserung der Materialleitfähigkeit und des Ionentransports. Aus Sicht der Anwendung wurden Kohlenstoff-NANO-Röhren aufgrund ihrer guten Leitfähigkeit als leitfähiges Mittel für eine Vielzahl von Elektrodenmaterialien verwendet und weisen eine gewisse Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt auf, die für die Verwendung von Lithiumtitan als leitfähiges Mittel besser geeignet ist. Es ist wahrscheinlicher, dass Graphit in Lithium-Titan-Verbundelektroden verwendet wird. Die ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und die ausgezeichnete Flexibilität von Graphit werden verwendet, um ein leitendes Netzwerk aufzubauen. Zusätzlich wird die Partikelgröße während des In-situ-Wachstums reguliert, um die Diffusionsrate von Ionen zu verbessern, um die Multiplikatorleistung des Verbundelektrodenmaterials zu verbessern.

Flexible integrierte Elektrode aus Lithiumtitan / Kohlenstoff

Angesichts der steigenden Nachfrage nach flexiblen und tragbaren elektronischen Geräten auf dem Markt für tragbare elektronische Produkte müssen flexible Lithium-Ionen-Batterien mit geringem Gewicht, dünnem Körper, dehnbarem, deformiertem und Biegefestigkeit entwickelt werden. Als passende Stromquelle ist die einschlägige Forschung zu einem der Brennpunkte auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiespeicherung geworden. Eine flexible Elektrode mit schneller Ladekapazität und langer Lebensdauer ist der Kern der Konstruktion flexibler Lithium-Ionen-Batterien. Daher sind Design und Entwicklung flexibler Elektrodenmaterialien von großer Bedeutung. Da die meisten Kohlenstoffmaterialien mit poröser oder Netzwerkstruktur, großer spezifischer Oberfläche, guter elektrischer Leitfähigkeit, hoher mechanischer Festigkeit und guter chemischer Stabilität bisher über flexiblere Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien für Film oder Papier von berichtet wurden Kohlenstoffmaterialien wie Kohlenstoff-NANO-Röhrenfilm, Graphitpapier, Kohlenstoff / Kohlenstoff-Gewebe usw. Durch die Kombination der Materialien auf Kohlenstoffbasis mit guter Flexibilität und hoher Leitfähigkeit mit Lithiumtitan zu einer flexiblen integrierten Elektrode können die Vorteile von beiden genutzt werden Konto, eine neue Idee für die Entwicklung der flexiblen Elektrode liefern.

Wu überhaupt. verwendeten den Dünnfilm aus orientiertem Kohlenstoff-NANO-Rohr, der aus dem orientierten Kohlenstoff-NANO-Rohr-Array gezogen wurde, als flexibles Gerüst, sprühten die Suspension mit Lithium-Titan-Partikeln darauf, bedeckten eine weitere Schicht aus Kohlenstoff-NANO-Rohr-Dünnfilm und sprühten weiter. Nach fünfmaliger Wiederholung wurde die flexible Li4Ti5O12 / CNT-Elektrode erhalten, wie in Abbildung 7 gezeigt. Bei dieser Elektrode bietet das Kohlenstoff-NANO-Röhrennetz einen effizienten Übertragungsweg für das Elektron, und seine guten mechanischen Eigenschaften gewährleisten die mechanische Festigkeit der Elektrode Somit ist die Elektrode der aufschlämmungsbeschichteten Elektrode sowohl hinsichtlich der elektrochemischen Stabilität als auch der mechanischen Festigkeit überlegen. Die nach diesem Verfahren hergestellten flexiblen Elektroden aus Lithiumeisenphosphat und Lithiumtitan werden als positive bzw. negative Elektroden verwendet, die zu einer ganzen Batterie mit stabiler Spannungsabgabe, guter Zirkulation, Multiplikatorleistung und biegbarer Leistung zusammengebaut werden können.

Shen überhaupt. Herstellung flexibler Verbundelektroden aus Lithiumtitan und Lithium mit Kohlenstoffgewebe durch Züchten von Metalloxiden in situ auf Kohlenstoffgewebe und Kombinieren mit chemisch eingebettetem Lithium. Die vorbereitete flexible Elektrode zeigte eine ausgezeichnete Vergrößerungsleistung und eine gute Zyklenstabilität. Unter diesen hatte die negative Elektrode aus Lithiumtitan / Kohlenstoffgewebe-Verbundwerkstoff noch eine spezifische Kapazität von 103 mAh / g bei 90 ° C und wurde bei 10-facher Vergrößerung 200-mal mit einem Kapazitätsverlust von nur 5,3% zirkuliert.

Kohlenstoffmaterialien können nicht nur als Trägergerüst für eine flexible Lithiumtitanelektrode verwendet werden, sondern auch als Sammelflüssigkeit für eine Lithiumtitanelektrode. Die Verwendung von Kohlenstoffmaterialien mit höherer Leitfähigkeit und geringerer Dichte anstelle von Metallmaterialien als Kollektorflüssigkeit kann die Gesamtmassenenergiedichte der Elektrode erheblich verbessern. Hu überhaupt. verwendeten eine hochleitfähige Kohlenstoff-NANO-Rohrmembran als Kollektorflüssigkeit der Elektrode, nahmen Lithiumtitan und lithiumkobaltoxid als negative bzw. positive Materialien, beschichteten die Kohlenstoff-NANO-Rohrmembran, Papier als Membran und PDMS als Verpackungsmaterial. und montierte eine flexible Batterie mit einer Dicke von etwa 300 m. Mit dem flexiblen akku kann die LED-Lampe unter Biegebedingungen beleuchtet werden. Nach 50-maligem Biegen mit einem Krümmungsradius von weniger als 6 mm ist die Struktur noch intakt und zeigt eine gute mechanische Flexibilität.

In dieser Forschungsgruppe werden Lithiumeisenphosphat und Lithiumtitan in situ auf der Graphitschaumoberfläche mit dreidimensional verbundener Netzwerkstruktur durch ein hydrothermisches Verfahren gezüchtet. Flexible positive und negative Elektroden, die schnell geladen und entladen werden können, werden entworfen und vorbereitet, und eine flexible Vollbatterie wird zusammengebaut, wie in Abbildung 8 gezeigt. Die Verwendung von leichtem Graphitschaum anstelle von Metall als Kollektorflüssigkeit kann den Anteil von Nicht-Elektroden effektiv reduzieren -aktive Substanzen in der Elektrode, während die hohe Leitfähigkeit und poröse Struktur des dreidimensionalen Graphitnetzwerks einen schnellen Diffusionskanal für Lithiumionen und Elektronen bereitstellt, um eine schnelle Lade- und Entladeleistung des Elektrodenmaterials zu erreichen. Die Struktur und die Lade- / Entladeeigenschaften der durch die flexiblen positiven und negativen Elektroden zusammengebauten Lithium-Ionen-Batterie bleiben unter der Bedingung wiederholter Biegung unverändert. Um die praktische Anwendung der flexiblen Elektrode zu realisieren, versuchte unsere Forschungsgruppe, den durch chemische Expansion abgeblätterten hochleitenden und großflächigen Graphit als Kollektorflüssigkeit zur Herstellung der integrierten flexiblen Elektrode aus Lithiumtitan / Graphit und Lithiumeisenphosphat / Graphit zu verwenden. Durch Vakuumfiltration wurden die großformatigen Graphit-NANO-Platten miteinander überlappt, um eine Kollektorflüssigkeit zu bilden, und die aktive Elektrodenaufschlämmung wurde teilweise in Graphit infiltriert, um einen engen Kontakt mit Graphit als Kollektorflüssigkeit zu bilden, wodurch der Grenzflächenwiderstand der Elektrode wirksam verringert wurde. Die flexible Batterie kann normal im flachen und gebogenen Zustand arbeiten und hat eine hohe Energiedichte.

Bei der Untersuchung der integrierten flexiblen Lithiumtitan / Kohlenstoff-Elektrode nutzen die Forscher die mechanischen Eigenschaften des Kohlenstoffmaterials selbst, um durch strukturelles Design eine flexible Verbundelektrode mit Lithiumtitan zu bilden. Da das auf die vorbereitete flexible Elektrode selbst geladene Lithiumtitan immer noch ein Partikel ist und keine Flexibilität aufweist, wird bei Erhöhung der Belastbarkeit von Lithiumtitan die Elektrodenflexibilität verschlechtert und die elektrochemische Leistung nimmt im Biegezustand ab. Cao überhaupt. verwendeten die Membran aus Kohlenstoff-NANO-Rohr / Kohlefaser als Sammelflüssigkeit und Lithiumtitan als Elektrode. Wenn der Anteil von Lithiumtitan in der Elektrode 50% betrug, zeigte die Elektrode eine gute elektrochemische Leistung, aber mit der Zunahme der Lithiumtitanlast nahmen die Zyklenleistung und die spezifische Kapazität der Elektrode offensichtlich ab. Daher kann die Begrenzung der Tragfähigkeit des aktiven Materials nur überwunden werden, wenn das aktive Elektrodenmaterial selbst flexibel ist. Beispielsweise wird ultradünnes zweidimensionales NANO-Folien-Lithium-Titan-Material verwendet, um körniges Lithium-Titan zu ersetzen und eine flexible integrierte Elektrode herzustellen. Da Lithiumtitan selbst eine 2-d-Schichtstruktur mit Flexibilität ist, kann ein flexibler Elektrodenfilm durch gegenseitiges Überlappen gebildet werden, um die Lastbegrenzung zu überwinden.

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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Kohlenstoffmaterialien die umfassenden elektrochemischen Eigenschaften von Lithiumtitan durch Oberflächenbeschichtung, Bildung eines Verbundmaterials mit einer bestimmten Struktur oder Herstellung einer flexiblen integrierten Elektrode verbessern können, bei der Kohlenstoffmaterialien hauptsächlich die Rolle der Leitfähigkeitsverbesserung, des Grenzflächenschutzes und der Partikel spielen Größenbeschränkung und flexible Unterstützung, wie in Tabelle 2 gezeigt.

Verbesserung der Gasexpansion von Lithium-Titan-Batterien durch Kohlenstoffmaterialien

Nach der Modifikation zeigte das verbesserte Lithiumtitanmaterial eine gute elektrochemische Leistung und Anwendungsaussichten, aber Lithiumtitan als Anode der Lithiumionenbatterie beim Laden und Entladen und Speichern von immer noch vorherrschenden Problemen "Gas", insbesondere unter den Bedingungen hoher Temperatur , Erfahrung ständig produzieren Gas in der Zelle, verursachen die Verformung der Batteriehülle, Leistung stark gesunken, stark eingeschränkt die Kathode für Lithium-Titan-Batterie Kommerzialisierungsprozess. Bisher gibt es nur wenige Berichte über das Gasverhalten von Lithium-Titan-Elektroden, und es gibt noch keine akzeptierten Schlussfolgerungen zum Gaserzeugungsmechanismus. Es wird angenommen, dass die Gasproduktion einer Lithiumionenbatterie mit Lithiumtitan als negativer Elektrode durch die Adsorption von Wasser an ihrer Oberfläche verursacht wird und der Wassergehalt die Expansionsrate direkt beeinflusst. Es wird auch angenommen, dass die Gasproduktion von Lithiumtitanbatterien auf die Reduktionsreaktion von Elektrolyt auf der Oberfläche von Lithiumtitan zurückzuführen ist, die Gase wie H2, CO2 und CO erzeugt. Gemäß den obigen Eigenschaften von Lithiumtitan ist das Quellen von Eine Lithium-Titan-Batterie mit negativer Elektrode kann durch Teilen von Wasser, Elektrolytoptimierung und Oberflächenbehandlung gelindert werden. Es ist eine einfache und effiziente Methode, die aktive Oberfläche der Elektrode mit einer Oberflächenmodifikation zu bedecken und somit die Gasproduktion von Lithiumtitan zu hemmen.

Durch solche wie Er würde Lithium-Titan-Polstück jeweils in dem reinen Lösungsmittel, Einweichen in den Elektrolyten, Nachweis von Li4Ti5O12 / Li (Ni1 / 3 co1 / 3 mn1 / 3) O2 (Gleiten) nach voller Batterie während Lagerung und Zirkulation der Gaszusammensetzung , Größe, Bilgengasproduktion kommt hauptsächlich von der inhärenten Grenzflächenreaktion von Lithiumtitan zwischen der Oberfläche und der Elektrolytlösung, wobei die Lösung in den äußersten Schichten des Lithiumtitankristalls zum Abnehmen der TS- und TC- und TQ-Reaktion stattfand, dann die H2-, CO- und CO2-Gas. CO2 wird nicht durch die Reaktion des Zersetzungsprodukts PF5 von LiPF6 mit dem Elektrolyten verursacht, und H2 wird nicht durch die Reaktion von Lithiumionen oder Lithiummetall mit Spuren von Wasser im System erzeugt. Durch weitere Analyse wurde festgestellt, dass bei Auftreten der Grenzflächenreaktion zwischen Lösung und Lithiumtitan allmählich eine sehr dünne Schicht auf der Oberfläche des SEI-Films gebildet wird. Aufgrund dieser langsameren Grenzflächenreaktionsgeschwindigkeit wird die Reaktion jedoch im Prozess fortgesetzt Der Zellzyklus und die Langzeitspeicherung führen zu einem kontinuierlichen Gas, das sich völlig vom Mechanismus der Graphitanodenbildung von SEI unterscheidet. Eine Graphitanode aufgrund der Bildung des SEI-Films auf der Oberfläche des Elektrolyten der Reduktionsreaktion tritt bei etwa 0,7 V auf, wobei der im vorherigen Zyklus gebildete SEI-Film, nur ein vollständig stabiler SEI-Film, der durch Graphit und Elektrolyt gebildet wird, vollständig isoliert wird. Um die weitere Verringerung der Elektrolytzersetzung zu vermeiden, so dass die Batterie und das Gas vor dem Zyklus auf einige Male beschränkt sind, kann durch Optimierung der auf Technologie umgeschalteten Technologie eine effektive Steuerung durchgeführt werden.

Er überhaupt. fanden ferner heraus, dass der Aufbau einer Barriereschicht ein wirksames Verfahren zur Steuerung der Grenzflächenreaktion zwischen Lithiumtitan und dem umgebenden Elektrolyten war und die Verwendung einer Kohlenstoffmantelschicht im NANO-Meter-Maßstab die Expansionsreaktion einer Lithiumtitanbatterie wirksam hemmen konnte. Der Elektrolyt zeigte eine unterschiedliche Reaktivität gegenüber mit Kohlenstoff beschichtetem Lithiumtitan und mit Lithiumtitan beschichtetem Lithiumtitan. Für das nicht mit Kohlenstoff beschichtete Lithiumtitan reduziert sich der Elektrolyt bei einem Spannungsbereich von 0 bis 2,5 V und zersetzt sich um 0,7 V, während für das mit Kohlenstoff beschichtete Lithiumtitan die ähnliche Reaktion nur im ersten Zyklus auftritt. Die Kohlenstoffmantelschicht kann die aktiven Stellen auf der Oberfläche von Lithiumtitanpartikeln bedecken und einen Festelektrolyt-Grenzflächenfilm bilden, um die aktiven Stellen vom umgebenden Elektrolyten zu isolieren und eine weitere Reduktion und Zersetzung des Elektrolyten zu vermeiden, wie in Fig. 1 gezeigt. 9.

In dieser Forschungsgruppe wurde Asphalt als PT-Kohlenstoffquelle verwendet, um eine gleichmäßige Überzugsschicht auf der Oberfläche von Lithiumtitan-NANO-Partikeln mit hoher Kristallisation zu bilden, die zu mikrokugelförmigen Sekundärpartikeln verarbeitet wurden, die zu einer Vierkantbatterie vom Typ 043048 zusammengesetzt wurden mit Lithium-Positivelektrode. Die Ergebnisse zeigen, dass das Vorhandensein einer Kohlenstoffmantelschicht einen dichten Festelektrolyt-Grenzflächenfilm auf der Oberfläche von Lithiumtitan bilden und die Reaktion zwischen Lithiumtitan und Elektrolyt im Zyklus verhindern kann, wodurch die Bildung von Gas und die Ablagerung von Mn wirksam gehemmt werden. Aufgrund der stabilen Grenzfläche und der guten elektrischen Leitfähigkeit der kohlenstoffbeschichteten Lithium-Titan-Mikrokugeln wurden ihre Vergrößerungsleistung und Zyklenstabilität signifikant verbessert. Nach 1000 Zyklen bei 1 ° C-Vergrößerung beträgt die Kapazitätsbeibehaltungsrate der zusammengebauten Batterie ohne Gasexpansion immer noch 93%. Die Lithium-Titan-Batterie ohne Kohlenstoffbeschichtung zykliert jedoch nur 580-mal, und ihre Kapazität verringert sich auf 23% ihrer ursprünglichen Kapazität mit offensichtlicher Gasexpansion, wie in Fig. 1 gezeigt. 10.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung der Kohlenstoffbeschichtungsverarbeitung in der Leitfähigkeit der Lithiumtitanmaterialien gleichzeitig die Lithiumtitan- und Grenzflächenwechselwirkung zwischen Elektrolyt verbessern, die Hemmung von Lithiumtitan als Anode des Lithiumionenbatterie-Bilgengases verbessern kann Die Herstellung von Anodenmaterialien kann die Anforderungen der tatsächlichen Vermarktungsproduktion erfüllen, denn die zukünftige Anwendung der Lithium-Titan-Industrialisierung in Lithium-Ionen-Batteriekathoden bringt Hoffnung.

Fazit

Lithiumtitan wird als die am meisten anwendbare Perspektive eines der Anodenmaterialien für Lithiumionenbatterien anerkannt, ist jedoch aufgrund der geringen elektronischen Leitfähigkeit gering, was es schwierig macht, ein hohes Leistungsverhältnis zu spielen, und es ist außerdem leicht, zwischen Lithiumtitan und Elektrolytgrenzfläche zu spielen Nebenwirkungen, machen die Kathode für Lithium-Titan-Batterie leicht Bilgengas Problem, die kommerzielle Anwendung von Lithium-Titan behindert. Die Verwendung von leichten, hochelektronischen, umweltfreundlichen und vielfältigen Kohlenstoffmaterialien und Lithiumtitan zur Bildung verschiedener Formen von Elektrodenmaterialien mit Verbundstruktur kann die elektrochemischen Eigenschaften von Lithiumtitan wirksam verbessern und das Problem der Gasexpansion bei der Verwendung von Lithium lindern oder beseitigen Titan. Kohlenstoff spielt die Rolle der Leitfähigkeitsverbesserung, des Grenzflächenschutzes und des flexiblen Trägers in dem mit Lithiumtitan gebildeten Elektrodenmaterial mit Verbundstruktur. Durch vernünftiges Design haben daher die Kohlenstoffmaterialien mit Lithiumtitan, die mit einer spezifischen Verbundstruktur aus Elektrodenmaterialien gebildet sind, wie beispielsweise eine Lithiumtitanoberfläche mit NANO-Strukturgleichmäßigkeit des im Voraus beschichteten Kohlenstoffs und mit hoher Leitfähigkeit und Graphit, Kohlenstoff-NANO-Röhren Die mechanische Festigkeit und die dreidimensionale Struktur der Verbundelektrodenmaterialien und Kohlenstoffmaterialien können gleichzeitig einen schnellen Ionentransport gewährleisten, einen wirksamen Grenzflächenschutz für Lithiumtitan bieten, das Bilgengas hemmen und die elektrische Gesamtleitfähigkeit des Materials verbessern. kann auch einen entsprechenden flexiblen Träger für Lithiumtitan bereitstellen. Dieses Verbundverfahren wird ein wichtiges Mittel sein, um die kommerzielle Anwendung von Lithiumtitan in Zukunft zu realisieren.

Mit der Entwicklung der Grundlagenforschung zur Lithiumtitananode wurden Lithiumionenbatterien mit Lithiumtitan als Anode in die Praxis umgesetzt. Lithiumtitan, modifiziert durch Kohlenstoffmaterial, wird aufgrund seiner überlegenen Multiplikatoreigenschaften und chemischen Oberflächeneigenschaften sowie seiner inhärenten Niedertemperaturleistung in Zukunft im Bereich von Hybrid-Elektrofahrzeugen, flexiblen elektronischen Geräten und großen Energiespeichern weiter eingesetzt werden. ultrahohe Lebensdauer und Sicherheit. Aufgrund des Volumens einer Lithiumtitan-Energiedichte war die Dichte geringer als die von Graphit, auch die Kosten für Graphit auf der hohen Seite, und seine Anwendung auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugbatterie wurde bisher kontrovers diskutiert, Lithiumtitanbatterie Lithiumbatterie in Der weltweite Markt macht mehr als 2% aus, aber die Energy Technology Co., LTD hat versucht, die Energiedichte von Lithium-Titan-Batterien zu erhöhen und die Kosten zusammen mit ihrem breiten Arbeitstemperaturbereich (- 50 ~ 60 ° C) zu senken. die Zukunft oder im Bereich des öffentlichen Verkehrs und der Militärindustrie und andere besondere gewinnen größere Marktanwendungen. Darüber hinaus spielen Lithium-Titan-Materialien aufgrund ihrer hervorragenden Sicherheit und langen Lebensdauer in Zukunft eher eine wichtige Rolle in großen Energiespeicherkraftwerken.

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