新型鋰電池負極材料讓鋰離子電池性能飆升

來源：存能電氣  日期：2019-07-29 10:07  瀏覽量：次

　　新型鋰電池負極材料讓鋰離子電池性能飆升。負極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，目前市面上商用的負極材料石墨的理論容量僅有372 mAh/g，因此開發新型負極材料對鋰離子電池的應用具有十分重要的意義。

　　新型鋰電池負極材料讓鋰離子電池性能飆升

　　在鋰離子電池負極制備過程中，粘結劑在電極中所占的比例一般為3%-5%之間，如果電極制備過程不需要粘結劑則可以顯著的提高電極的容量，提高電池的能量密度。而且粘結劑通常是絕緣體，會阻礙電解質中離子轉移，進而影響電池電化學性能。因此，設計無需粘結劑的電極材料是很有必要的。

　　近期，科學家設計出許多無需粘結劑或集流體的新型電極材料，其中，單壁碳納米管(SWCNT)薄膜因其高比表面積，高電子導電率以及機械穩定性在設計輕巧柔性電極方面備受關注。

　　作為鋰離子電池負極，1T-MoSe2/SWCNTs表現出良好的儲鋰性能。在電流密度300mA/g下，循環100圈后，容量仍高達971mAh/g，容量幾乎無衰減。在大電流密度3000mA/g下，容量為630mAh/g，體現了優越的倍率性能。

　　新型鋰電池負極材料：紅磷

　　種新型鋰離子電池負極材料：紅磷-石墨烯納米復合材料。該種材料是由紅磷和石墨經球磨制備得到。紅磷化學穩定性高，廉價易得，而且環境友好。其作為鋰離子電池負極材料的理論容量可達2600mAh/g，7倍于商用石墨電極。石墨/石墨烯因其極高的電子電導率被引入到該體系中以提升納米復合材料整體的電子電導率。在高速球磨過程中，微米級的紅磷顆粒被打碎至納米級。石墨在球磨過程中剝離為大比表面積的石墨烯。

　　在室溫下，該納米復合材料的放電容量可達1400mAh/g，4倍于現行商用化鋰離子電池負極材料石墨。經過300周的循環，放電容量仍然能保持在60%以上。高溫環境(60C)對于現行商用鋰離子電池仍是很大的挑戰。而該種材料，在60C下，放電容量可進一步提升至1650mAh/g。經過200周循環，放電容量保持率可在70%以上。

　　高容量，長壽命，價格低廉的原材料，適宜工業化生產的合成方法，這些因素都促使新型紅磷-石墨烯納米復合材料成為下一代鋰電池負極材料的選擇。

　　新型高性能鋰離子電池負極材料：雙金屬MOF 

　　金屬有機框架(MOFs)因其具有很大的比表面積和可調控的結構單元，目前被廣泛應用于能量存儲、氣體分離、工業催化以及載藥系統。近來，ZIF（沸石咪唑骨架材料）作為MOFs的一種典型代表，已經在鋰電領域表現出潛在的應用前景。

　　在CoZn-ZIF為負極材料的鋰離子電池中，實現了636.3 mAh/g的二次放電容量；同時，在循環100次之后，電池仍保持了605.8mAh/g的容量，庫侖效率接近100%。這是目前報道的ZIF電極的最高值。

　　我國在鋰離子電池負極材料產業化方面具有一定的優勢，國內電池產業鏈從原料的開采、電極材料的生產、電池的制造和回收等環節比較齊整。近年來，在國家的大力支持下，鋰離子電池行業發展勢頭良好，負極材料迎來了前所未有的機遇。由于新能源行業對鋰離子電池能量密度的要求越來越高，石墨和鈦酸鋰材料的性能正在不斷地優化。與此同時，下一代鋰離子電池負極材料——硅，也正在逐步開始商業化。