鋰離子電池的關(guān)鍵材料與能量密度分析
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-16 11:29
點擊量：次
最近，相關(guān)研究團隊提出了一種基于表面納米精度的限域相變提升電極材料穩(wěn)定性的機制：基于可控的表面高溫固相反應(yīng)，引入鋅離子促進(jìn)鎳錳酸鋰的表面尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轭悗r鹽相、層狀相兩者的復(fù)合構(gòu)型，精確調(diào)控兩相比例，在不犧牲材料電化學(xué)活性的前提下提升了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種特殊的表面相態(tài)調(diào)控機制能夠克服常規(guī)表面惰性包覆方式對電荷傳輸?shù)膿p害，為基于電極材料自身表面化學(xué)特性調(diào)控，獲得兼具高容量、高穩(wěn)定性的關(guān)鍵電極材料提供了新的手段和機制，相關(guān)工作發(fā)表在（J.Am.Chem.Soc.2019,141,4900-4907）。
為何大家會“談氫色變”
其實燃料電池汽車并不是氫第一次使用在人類的交通工具上，早在上世紀(jì)四十年代，德國人就在巨型客運飛艇上使用了氫氣，但氫氣在那時并非作為燃料，而是填充在整個飛艇中充當(dāng)浮升氣體而存在。著名的興登堡號飛艇，是人類歷史上生產(chǎn)的最長的飛行器，它的存在曾經(jīng)是當(dāng)時德國的驕傲，并且在1936年柏林奧運會上投入到宣傳活動中。
研究人員證明了使用靜電紡絲技術(shù)制造嵌入MOF顆粒作為有效陰離子吸附劑的復(fù)合材料隔膜。電解質(zhì)中的陰離子與MOF顆粒的OMS的絡(luò)合改善了tLi+和Li+電導(dǎo)率。同時，多孔的復(fù)合隔膜減少了電解質(zhì)的分解并促進(jìn)了電極表面的動力學(xué)反應(yīng)，在電解質(zhì)和電極之間產(chǎn)生了更穩(wěn)定的界面。這種復(fù)合隔膜的應(yīng)用可以顯著改善電池性能并延長電池的循環(huán)壽命，從而為設(shè)計下一代的鋰離子電池提供新的策略。在傳統(tǒng)鋰離子電池中應(yīng)用這種復(fù)合隔膜可顯著提高倍率性能和循環(huán)壽命，為高性能鋰離子電池提供了新的前景。
鋰離子電池中的隔膜被用作電解質(zhì)的儲存器，具有控制離子傳輸?shù)淖饔貌@著影響著電池性能。聚合物隔膜（聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）），因具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性和機械性能，通常被用作鋰離子電池的隔膜。已有大量研究工作致力于提供具有各種功能的隔膜，使其可以抑制鋰枝晶增長，減輕多硫化物的分解，或改善隔膜的熱穩(wěn)定性。例如，含有親水聚合物或有序納米級結(jié)構(gòu)的隔膜可被用于改善電解質(zhì)吸附性并減少枝晶的形成。石墨烯和金屬氧化物也被涂在隔膜上用于減輕了多硫化物在鋰-硫電池中的穿梭效應(yīng)。諸如羥基磷灰石和聚酰亞胺等耐火材料也被用于解決可燃性問題。諸如SiO2，Al2O3和ZrO2的陶瓷顆粒也被摻入聚烯烴隔膜中，用于改善電解質(zhì)的潤濕性和隔膜的熱穩(wěn)定性以及機械性能。然而，這種功能化隔膜仍然缺乏調(diào)控離子傳輸過程的能力，仍表現(xiàn)出較低的的tLi+。盡管有部分報道例如磺化共聚物與隔膜結(jié)合用以改善tLi+，但是這種隔膜通常受隔膜中低鋰離子濃度的限制，從而表現(xiàn)出較低的鋰離子傳導(dǎo)性。
近日，上海電力大學(xué)的彭怡婷和加利福尼亞大學(xué)的盧云峰教授（共同通訊）在Adv.Mater.上發(fā)表了一篇題為“Anion‐SorbentCompositeSeparatorsforHigh‐RateLithium‐IonBatteries”的文章。在這項工作中，MOF作為一種新型功能組件通過靜電紡絲引入聚合物分離器中。他們最近發(fā)表了一系列基于MOF的固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)，其中MOF中的金屬活性中心（OMS）可以與溶劑填充的孔道中的陰離子絡(luò)合，釋放Li+并提供高Li+電導(dǎo)率。與具有低表面積陶瓷顆粒的陶瓷涂層隔膜或具有低Li+導(dǎo)電性的聚合物材料不同，MOF結(jié)合的隔膜提供高表面積和豐富的OMS，可提供快速有效的鋰離子傳輸。
