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详细总结:应用于电池负极/阳极的纳米材料有哪些?

来源:广州宏武材料科技有限公司 供应多种电池负极纳米材料    发布时间:2018-09-27浏览量:

      

      负极材料的纳米化的好处在于:

1.可以改善电化学性能。使得锂离子的迁移路径减少,有助于锂离子的反应最大化,提高材料的循环性。
2. 纳米材料的大比表和小尺寸,有助于锂离子电池的可逆循环容量优良性。
3. 控制反应时间和纳米产物的形态,可以有效地提高可逆容量的电化学性能。

锂电池负极材料大体分为以下几种: 

第一种     碳负极材料:

      实际用于锂离子电池的负极材料大都是碳素材料,目前,商业化的锂离子电池主要是以石墨为负极材料,石墨的理论比容量为372 mA·h/g,而市场上的高端石墨材料已经可以达到360~365 mA·h/g,因此相应锂离子电池能量密度的提升空间已相当有限,越来越不能满足下一代高容量高功率电池的需求。


第二种    纳米硅负极材料

      纳米硅也是研究方向之一,Si材料理论比容量达到3572mAh/g,远高于石墨材料,因此吸引了广泛的关注,但是Si在嵌锂和脱锂的过程中会产生高达300%的体积膨胀,造成颗粒的破碎和活性物质脱落,为了克服这一缺点,人们将Si材料制成纳米颗粒,以便缓解Si颗粒膨胀产生的机械应力。目前其他Si纳米结构包括1维的纳米线,1维纳米线能够与集流体和电解液之间形成良好的接触,并留出足够的空间供Si膨胀,因此该材料的可逆比容量高达2000mAh/g,并具有良好的循环性能。

      硅的比容量很大,但是充放电的时候及其容易发生巨大的形变导致级片失效,所以现在一般的研究方向都是硅的复合材料。

      目前比较常见的硅碳负极材料主要有碳包覆纳米硅和硅纳米线。

第三种    锡基负极材料:

      锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。

      氧化锡的理论容量是875mAh/g,纳米氧化锡作为锂离子电池负极材料具有容量高,价格优等特点。

第四种   合金类负极材料:

      包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金。

      纳米锡-硅复合负极材料,显著提高锂离子电池性能

第五种   纳米碳材料

      碳纳米管在锂离子电池负极材料中的应用

      纳米石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用

      多壁碳纳米管在动力锂电池和铅酸电池中的应用


第六种   纳米氧化物材料:

      包括纳米二氧化钛,纳米氧化钨,纳米氧化铁,等等


      纳米氧化铁FE2O3作为锂离子电池的负极材料具有以下特点:
1. 容量高。氧化铁的容量理论值为1007mAh/g
2. 安全性好。由于氧化铁的放电电压很高,它可以阻止锂的晶枝生长因而可以回避因放电而造成的枝晶生长,造成电池内部的短路。
3. 资源丰富,价格低廉,环境友好,无毒无害。
      目前研究较多的是纳米氧化铁和石墨结合成的复合材料,应用在电极的负极,具有很重要的意义。

      纳米二氧化钛(锐钛/金红石)具有极好的高倍率性能和循环稳定性,快速充放电性能和较高的容量,脱嵌锂可逆性好,能有效降低锂电池的容量衰减,增加锂电池稳定性,提高电化学性能。提高电池材料的首次放电比容量。

      二氧化钛TIO2纳米管做阳极,新型锂电池2分钟可充70%

      紫色氧化钨做负极材料可用于高输出用途领域

      纳米氧化钌复合电极材料的发展方向


      最新报道,纳米锗是下一代新型高容量锂离子电池的理想材料。


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