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纳米线添加到固态聚合物电解质中可以提高其性能

钜大LARGE  |  点击量:1778次  |  2018年05月07日  

  使用锂金属箔作为电池阳极显示出增加能量容量和功率输出的巨大希望。问题在于,在充电期间,从阴极通过电解质的锂金属离子不能均匀地附着到构成阳极的锂金属上。相反,它们形成尖锐的结晶枝晶结构。这些枝晶可以长到足以到达阴极并使电池短路,有时会引起火灾。


  一种防止锂金属阳极表面树枝状生长的方法是使用固体电解质。已经显示由聚合物或陶瓷材料制成的固体电解质有助于减少树突的生长。但是,有问题。锂电池的正极和负极在充电和放电期间接收或放弃锂离子时会改变体积。这种变化使得陶瓷固体电解质容易开裂,导致性能下降。然而,聚合物电解质可以具有适应电池操作过程中电极体积变化所需的灵活性。


  聚合物电解质的缺点是其离子导电性差和机械性能差。正在进行大量的研究来检查无机填料的结合以帮助改进聚合物电解质的离子转运和机械强度。


  现在,正如美国化学学会(ACS)的纳米快报(NanoLettersoftheAmericanChemicalSociety)所报道的,中国浙江工业大学的一组研究人员已经将由硼酸镁(Mg2B2O5)制成的纳米线引入基于聚环氧乙烷(PEO)固态电解质。导线直径约为200纳米,长度为4,000纳米。


  研究人员检查了5%,10%,15%和20%的纳米线加载到固体聚合物电解质中的情况。发现将纳米线添加到聚合物电极中会增加锂离子的数量并使它们以更快的速度穿过材料。通过添加纳米材料,聚合物电解质的机械性能也得到增强,正如它在火灾时的阻燃性一样。

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充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

  研究人员将离子电导率的增加归因于PEO聚合物链的改进运动以及纳米线提供的锂离子通道数量的增加。与没有纳米线的电池相比,使用锂金属阳极和LiFePO4阴极的实验电池表现出改进的速率性能和更高的循环容量。


  尽管所报道的研究非常初步,但将纳米材料纳入固态聚合物电解质的概念可能为改善锂金属电池的安全性和可行性提供另一种途径。


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