Application de la nanotechnologie dans les batteries lithium-ion

Batterie lithium-ion, en tant que composants de stockage d’énergie à haut rendement, ont été largement utilisés dans le domaine de l’électronique grand public. Les batteries lithium-ion ont été utilisées dans les téléphones mobiles et les ordinateurs portables. Les batteries lithium-ion ont obtenu de brillants résultats grâce à leur densité de stockage d’énergie ultra-élevée. Et de bonnes performances en matière de sécurité. Avec le développement continu de la technologie, la densité d’énergie et la densité de puissance des batteries lithium-ion ont également été continuellement améliorées, parmi lesquelles la nanotechnologie a apporté une contribution indélébile. Parce que LiFePO4 a une conductivité médiocre, afin d’améliorer sa conductivité, les gens l’ont préparé en nanoparticules, ce qui améliore considérablement les performances électrochimiques de LiFePO4. En outre, l’électrode négative au silicium est également un bénéficiaire de la nanotechnologie. Les particules de nanosilicium peuvent bien supprimer l’expansion volumique du Si pendant l’intercalation du lithium et améliorer les performances du cycle des matériaux Si.

Matériau de cathode
1.Matériau LiFePO4
Le matériau LiFePO4 a une bonne stabilité thermique et un faible coût. En raison de la structure de liaison covalente unique à l’intérieur du matériau LiFePO4, la conductivité électronique du matériau LFP est très faible, ce qui limite ses performances de charge et de décharge élevées. À cette fin, les matériaux LFP sont transformés en nanoparticules et recouverts de matériaux tels que des matériaux conducteurs, des polymères conducteurs et des métaux. En outre, en incorporant une méthode de dopage en solution solide non stœchiométrique dans les particules nano-LFP, la conductivité électronique des nanoparticules LFP peut être augmentée de 108, de sorte que le matériau LFP peut être chargé et déchargé en 3 minutes. Ceci est particulièrement important pour les véhicules électriques.

2.Inhiber la décomposition du matériau LiMn2O4
Les matériaux LMO ont des canaux de diffusion Li + tridimensionnels et ont donc un coefficient de diffusion ionique élevé. Cependant, Mn3 + est formé dans un état SoC faible. En raison de l’existence de l’effet Jonh-Teller, la structure de l’OVM est instable. Une partie de l’élément Mn est dissoute dans l’électrolyte et finalement déposée à la surface de l’électrode négative, ce qui détruit la structure du film SEI. Certains ions métalliques du groupe principal à faible coût peuvent être ajoutés dans le LMO pour remplacer une partie de Mn, augmentant ainsi l’état de valence de l’élément Mn et réduisant Mn3 + dans un SoC faible. La surface des particules de matériau LMO peut également être recouverte d’une couche d’oxydes et de fluorures d’une épaisseur de 10 à 20 nm.

3. Inhiber l’activité chimique de la CNG
La capacité spécifique des matériaux NMC, en particulier les matériaux NMC à haute teneur en nickel, peut atteindre 200 mAh / g ou plus, et ils ont de très bonnes performances de cycle. Cependant, le matériau NMC est extrêmement sensible à l’oxydation de l’électrolyte à l’état chargé. Afin de supprimer la réactivité du matériau NMC à haute teneur en nickel et de l’électrolyte, le matériau est recouvert de nanoparticules pour éviter tout contact direct entre les particules du matériau et l’électrolyte. Grandement amélioré la durée de vie du cycle du matériau. En outre, les nanoparticules avec une structure noyau-enveloppe sont également une méthode efficace pour réduire la réactivité. La coque Mn élevée a une bonne stabilité, mais la capacité est faible et la capacité élevée du noyau de nickel est élevée, mais la réactivité est grande.

Matériau de l’anode
1.Protection des matériaux en graphite
Le matériau graphite a une faible tension d’insertion du lithium, ce qui est très approprié comme matériau d’électrode négative pour les batteries lithium-ion. Le graphite dopé au lithium a une forte réactivité et réagira avec les électrolytes organiques, provoquant la chute de la feuille de graphite et la décomposition de l’électrolyte. Bien que le film SEI puisse supprimer la décomposition de l’électrolyte, le film SEI n’est pas résistant à 100% à l’électrode négative graphite. Protection des formulaires. Les méthodes courantes de protection de surface du graphite comprennent l’oxydation de surface et la technologie de nano-revêtement.

Les technologies de nano-revêtement comprennent trois catégories : le carbone amorphe, les métaux et les oxydes métalliques. Parmi eux, le carbone amorphe est principalement obtenu par une méthode CVD de dépôt chimique sous vide, peu coûteuse et adaptée à la production à grande échelle. Les nano-revêtements de métal et d’oxyde métallique sont principalement obtenus par des méthodes chimiques humides, qui peuvent bien protéger le graphite et empêcher la décomposition des électrolytes.

2.Améliorer les performances de taux des matériaux LTO et TiO2 en titanate de lithium
Le matériau LTO a une sécurité élevée, aucune contrainte ne sera générée pendant l’intercalation et la désentrecalation Li, et le potentiel d’intercalation du lithium est élevé, ce qui ne provoquera pas de décomposition de l’électrolyte. C’est un très excellent matériau d’anode. Cependant, les matériaux LTO ont une faible capacité spécifique et une faible conductivité électronique et ionique. À l’heure actuelle, la nanotechnologie utilise principalement la nanotechnologie des particules, la technologie de nanorevêtement et les applications composites de nanomatériaux LTO et de matériaux conducteurs sur LTO. La nano-isation des matériaux LTO peut réduire efficacement la distance de diffusion du Li +, augmenter la zone de contact avec l’électrolyte, renforcer l’échange de charge et améliorer les performances du taux.

3. Augmenter la densité d’énergie de l’anode en silicium
La capacité spécifique théorique du matériau Si atteint 3572mAh / g, ce qui est beaucoup plus élevé que celui du matériau graphite. Cependant, le Si a une expansion volumique de 300% pendant le processus d’intercalation et de délithiation du lithium, ce qui entraîne la rupture des particules et la perte de matière active. Le matériau Si est transformé en nanoparticules afin de soulager la contrainte mécanique causée par l’expansion des particules de Si.

Les batteries Li-S ont une densité d’énergie élevée et un faible coût, et sont des batteries de stockage d’énergie de nouvelle génération très prometteuses. Cependant, les principaux problèmes auxquels les batteries Li-S sont actuellement confrontées sont la faible conductivité de S et le problème de la dissolution des produits d’intercalation au lithium. En mélangeant S avec des nanoparticules poreuses creuses de carbone ou d’oxyde métallique, la stabilité de S peut être considérablement améliorée et les performances de cycle de l’électrode peuvent être améliorées. En outre, la composition de matériaux S et graphène peut également améliorer considérablement les performances de cycle des électrodes négatives S.