新闻资讯

如何提高锂离子电池能量密度

时间:2022-12-02 编辑:池龙新能源 游览:652次

石墨电极的最佳空隙率通常为20%-40%,而用硅作为电极,则会使其性能下降。通常,这些电极具有60%-70%的空隙率。高的孔隙度能使硅基材料的体积增大,使微粒发生快速的变形,从而延缓微粒的粉化和降低。但高孔隙率的硅基负极对其能量密度有一定的影响。


由于硅基阴极具有较高的比容和较大的容积比容量,因此成为提高锂离子电池能量密度最有效的手段。


但是,由于硅是一种有效的物质,它会在充放电周期内插入和释放出锂,其体积变动可达到270%,从而降低了电池的使用寿命。造成体积膨胀的原因:


(1)从铜收集溶液中分离出硅粒子和分离沉积物;


(2)固态电解质(SEI)薄膜在循环时不稳定,其体积膨胀会引起 SEI的反复破坏,从而使锂离子电池发生故障。


压缩工艺可以加强固体的接触,提高电杆的电子传递能力。然而,由于孔隙度较小,会增加电极/电解液之间的电荷传递阻抗,从而使倍增器的性能变差。


石墨电极的最佳空隙率通常为20%-40%,而用硅作为电极,则会使其性能下降。通常,这些电极具有60%-70%的空隙率。高的孔隙度能使硅基材料的体积增大,使微粒发生快速的变形,从而延缓微粒的粉化和降低。但高孔隙率的硅基负极对其能量密度有一定的影响。因此,如何制作出以硅为基础的锂离子电池阴极板?KarkarZ等对硅电极的制作进行了研究。


首先,采用两种不同的工艺,分别制得硅80重量%、石墨烯12重量%、 CMC电极膏:


(1)传统球磨法:传统的球磨法;


(2) RAM:两个阶段的超音波扩散。第一个步骤是在PH3缓冲剂(0.17 m柠檬酸+0.07 mKOH)中分散硅和 CMC。第二个步骤是加入一块石墨烯和一块水,然后再进行超声波扩散。


参见图1 a和图1 d,关于石墨薄片、超声石墨烯的不连续 RAM,其表的长度超过10 xm,分散地平行地收集液体,具有更高的多孔性,而 SM的混合得到石墨烯片,其长度仅为数微米。非致密 RAM电极具有大约72%的空隙,比 SM电极高60%以上。


就硅而言,这两种混合工艺并无不同。奈米石墨烯的导电性能优良, RAMslack保持了石墨烯薄板的完整性,并且电池的循环性能也很好(如图3 a和 b)。


随后,他们对致密对电化学性能和孔隙率的影响进行了分析。从图1可以看出,在压缩之后,除了表面的厚度变得更细之外,石墨烯和硅微粉并没有发生显著的改变。制备了一种半电池,并对其电化学性质进行了测定。如图2所示:


(1)当压紧压力增加时,电极孔隙率下降,增加了密度,增加了容积比容量。


(2)具有大约72%的空隙率的 RAM的非致密电极片,比 SM电极的60%更大。另外, RAM电极的压实难度较大,孔隙度为35%。RAM电极的压力为15 T/cm2, SM电极的压力为5 T/cm2。这是由于石墨烯薄板很难被变形,而且 RAM薄板粘附在石墨烯薄板上,使得它很难被压缩。


(3)体积比容量是按照193%的完全锂硅体积膨胀来计算的。密度为20 T/cm2时,容积比能力最大;RAM和 SM电极的空隙率为34%, SM电极为27%,相应于1300 mAh/cm3和1400 mah/cm3。