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锂离子电池的结构特性,可提供超快速充电
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锂离子电池的结构特性,可提供超快速充电

2019-3-12 23:09| 发布者: 醉望月| 查看: 263| 评论: 0
摘要: 用BaTiO3纳米点涂覆阴极,改善锂离子电池

东京工业大学和冈山大学的科学家通过用BaTiO 3纳米点进行装饰,找到了一种大大提高锂离子电池中LiCoO 2阴极性能的方法最重要的是,他们阐明了测量结果背后的机制,得出的结论是BaTiO 3纳米点产生了一种特殊的界面,即使在非常高的充电/放电速率下,Li离子也可以通过该界面轻松地循环。

对于电池已经启用了与电气和电子设备相关的无数应用的人来说应该不足为奇。如今,电子设备和车辆的现代进步已经产生了在稳定性,可再充电性和充电速度方面对更好的电池的需求。虽然锂离子电池(LIBs)已被证明非常有用,但是不可能在高电流下快速充电,而不会遇到诸如由于其固有的高电阻和不需要的副反应导致的循环性和输出容量突然降低的问题。 。

使用LiCoO 2(LCO)作为阴极材料,这种不希望的反应的负面影响阻碍了LIB 其中之一涉及在充电/放电循环期间Co 4+离子溶解到电池的电解质溶液中。另一个效果是在这些电池中活性材料和电极之间形成固体电解质界面,这阻碍了Li离子的移动并因此降低了性能。

在之前的一项研究中,科学家们报告说,使用具有高介电常数的材料,如BaTiO 3(BTO),可以提高LCO阴极的高速性能。然而,观察到的改进背后的机制尚不清楚。为了阐明这一有前途的方法,由Mitsuru Itoh教授,Shintaro Yasui博士和Sou Yasuhara先生领导的东京科技的科学家团队研究LCO阴极,并以不同的方式应用BTO来了解BTO发生的事情。 -LCO接口更详细。

该团队创建了三种不同的LCO阴极:裸露的一种,一种涂有一层BTO,另一种涂有BTO纳米点(图1)。该团队还使用单个BTO纳米点模拟了LCO阴极,并预测有趣的是,接近BTO纳米点边缘的电流密度非常高。该特定区域称为三相界面(BTO-LCO-电解质),其存在极大地增强了用微观BTO纳米点覆盖的阴极的电性能。

正如预期的那样,经过测试和比较他们制备的三个阴极,研究小组发现,在稳定性和放电容量方面,具有一层BTO点的那个显示出更好的性能。“我们的结果清楚地表明,用BTO纳米点进行装饰在改善循环性和降低阻力方面起着重要作用,”Itoh说。意识到BTO点对阴极中Li离子的运动性有着至关重要的影响,该团队寻求解释。

在检查了测量结果后,研究小组得出结论,即使在非常高的充电/放电速率下,BTO纳米点也能形成Li离子易于嵌入/脱嵌的路径(图2)。这是因为电场集中在具有高介电常数的材料周围。而且,在三相界面附近极大地抑制了固体电解质界面的形成,否则会导致可循环性差。“在三相界面附近抑制固体电解质界面形成的机制尚不清楚,”Itoh说。

虽然仍需要对这一主题进行大量研究,但该团队获得的结果很有希望,并可能暗示一种大大改进LIB的新方法。这可能是满足现代和未来设备需求的重要一步。

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