研究人員用碳填充物改善鋰離子電池性能 顯著提升電導率
時間:2020-11-17 21:52來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：aip）
對許多便攜式設備和電動汽車來說，鋰離子電池是主要充電電源。但這種電池的用途有限，因為它不能既提供高功率輸出，又支持可逆儲能。據外媒報道，最近的研究提供了一項解決方案，通過加入導電填充物來改善電池性能。
最佳電池設計涉及到通過厚電極結構來提高能量密度，但是這種設計的鋰離子傳輸能力差，影響電極發揮關鍵作用。為了促進鋰離子傳輸，研究人員嘗試過各種改進技術，包括建立垂直排列的通道或制造適當大小的孔。
另一種方法是采用由具有導電性的碳制成的填充物。此項研究考慮三類填充物：單壁碳納米管(SWCNT)、石墨烯納米片和Super P材料。Super P是在石油前體氧化過程中產生的一種碳黑顆粒，也是鋰離子電池中最常用的導電填料。
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合材料。他們發現，SuperP和NCM粒子是以點對點接觸的方式排列。而SWCNT被包裹在NCM顆粒周圍，形成導電涂層。此外，在NCM粒子之間的空隙中，可以觀察到相互連接的SWCNT網絡。石墨烯納米片也包裹在NCM電極顆粒上，但不如SWCNT那樣均勻。
結果表明，對NCM電極來說，SWCNT稱得上是最佳導電填充物。研究人員Guihua Yu稱：“所測得的電導率符合滲透理論。在絕緣基質中加入導電填充物，當穿過復合材料的第一個導電通道形成時，電導率就會顯著增加。”由于滲流需要穿過填充物的完整路徑，因此需要有足夠的導電填充物。研究人員考慮到不同的填充量，發現當SWCNT質量比達到0.16%時，NCM電極表現出良好的導電性。而要實現同樣的效果，需要更多的Super P和石墨烯。
研究人員通過若干光譜技術，如拉曼光譜和X射線吸收光譜，來研究所得到的復合材料。Yu說：“我們的研究結果表明，將SWCNT加入NCM電極中，能夠促進離子和電荷轉移，提高電化學利用率，特別是在放電率高的情況下。”
(責任編輯：子蕊)
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