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  • 锂电池重大突破,6分钟充电60%,这项材料是关键!

    近年来,随着对可再生能源利用的巨大需求和对环境污染问题的日益关注,以锂电池为代表的二次电池——这种能够将其他形式能量转换成的电能,并预先以化学能的形式存储下来的储能技术,持续革新着能源系统。

    目前,锂离子电池已成为电动汽车最重要的动力源,其发展经历了三代技术的发展。其中,钴酸锂是第一代,锰酸锂和磷酸铁锂是第二代,三元技术是第三代。然而,锂电池的续航能力、电池循环使用寿命有限等问题,也常常被人们所诟病。

    其中,快速充电似乎是电动汽车的必要条件,但与此同时,大电流迫使锂离子在电池内部快速迁移,这很容易导致锂析出。从长远来看,电池容量会迅速衰减。最糟糕的情况是,锂析出后堆积形成锂枝晶,刺穿隔膜,导致电池发生内短路,最终发生热失控,进而起火。

    为缩短电动汽车充电时间,科学家们一直在积极寻找新的解决方案。近日,中国科技大学院士俞书宏团队与姚宏斌、倪勇教授团队合作,致力于解决锂离子电池高能量密度与快速充电性能之间的矛盾,提出并制备了一种新型双梯度石墨负极材料,实现锂离子电池在6分钟内充电60%。

    具体来说,研究团队首先构建了一种新型粒子级理论模型,用于同时优化电极结构中粒度分布和电极孔隙率分布两个参数,提高石墨负极的快充性能。

    研究人员表示,传统的二维模型通常简化颗粒为均质球形以及孔隙均匀分布。事实上,大多数石墨颗粒都有不同的大小和形状,通常以相当随机的顺序排列。孔的形状和大小也没有均匀分布。新型的粒子级理论模型是一种基于真实石墨颗粒构建出的三维模型,非常接近现实的电极结构。

    在粒子级理论模型中,研究人员在调整电极孔隙率大小分布的同时,按照石墨颗粒大小的顺序重新“排队”。模拟计算结果表明,与传统的随机均质电极以及单梯度电极相比,这种新结构具有优异的快速充电性能。

    为了在电极中实现,研究团队开发了一种低粘度无聚合物粘结剂浆料自组装技术,混合铜包覆的石墨负极颗粒以及铜纳米线于乙醇溶液中制成浆料,利用不同尺寸颗粒石墨在浆料中沉降速度差异性,成功构建出模拟计算优化的双梯度结构,得到电极。

    研究人员发现,基于这种新型双梯度石墨负极材料制备出的锂离子电池分别在5.6分钟和11.4分钟从零充电到60%和80%,同时保持高能量密度。

    这种电极结构设计为解决快速充电问题提供了新的思路。也许正是如今这些具有意义和分量的突破性的电池技术。

    伊斯特化学主打产品:电子级N-甲基吡咯烷酮(NMP)和单壁碳纳米管(SWCNT)。

    N-甲基吡咯烷酮(NMP)属于氮杂环化合物,是一种无毒性、沸点高、极性强、粘度低、腐蚀性小、溶解度大,挥发度低,稳定性好,易回收的高效选择性溶剂。是生产锂离子电池非常重要的辅助材料,一般作为正极涂布溶剂,或作为锂电池导电剂浆料溶剂。

    单壁碳纳米管(SWCNT)是锂离子电池的一种新型导电剂,添加量少、能降低电极内阻、可改善常温循环和高温循环,提升能量密度,为锂离子电池提供卓越的导电性能。
    声明:观点仅代表作者本人,不代表伊斯特立场,部分资讯来自OFweek网如有侵权或其他问题,请联系删除。

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