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 portables et les ordinateurs portables. Les batteries lithium-ion ont obtenu de tels résultats brillants grâce à leur densité de stockage d’énergie ultra-élevée. Et de bonnes performances 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 le LiFePO4 a une faible conductivité, afin d’améliorer sa conductivité, les gens l’ont préparé en nanoparticules, ce qui améliore considérablement les performances électrochimiques du LiFePO4. De plus, l’électrode négative en silicium est également un bénéficiaire de la nanotechnologie. Les particules de nano-silicium peuvent bien supprimer l’expansion volumique du Si lors de l’intercalation du lithium et améliorer les performances du cycle des matériaux Si.
Matériau de la cathode
1. Matériau LiFePO4
Le matériau LiFePO4 a une bonne stabilité thermique et un faible coût. En raison de la structure unique de liaison covalente 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 à haut taux. 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. De plus, 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+ se forme 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 NMC
La capacité spécifique des matériaux NMC, en particulier les matériaux NMC à haute teneur en nickel, peut atteindre 200mAh / 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 le contact direct entre les particules du matériau et l’électrolyte. Considérablement amélioré la durée de vie du matériau. De plus, les nanoparticules avec une structure cœur-coquille sont également une méthode efficace pour réduire la réactivité. La coque à haute teneur en Mn a une bonne stabilité, mais la capacité est faible, et la capacité élevée du noyau en nickel est élevée, mais la réactivité est grande.
Matériau de l’anode
1. Protection du matériau graphite
Le matériau en graphite a une faible tension d’insertion de lithium, ce qui convient très bien comme matériau d’électrode négative pour les batteries lithium-ion. Le graphite dopé au lithium a une forte réactivité et réagit 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 en graphite. Protection de la forme. Les méthodes courantes de protection de surface en 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 de l’électrolyte.
2. Améliorer les performances de taux des matériaux titanate de lithium LTO et TiO2
Le matériau LTO a une sécurité élevée, aucune contrainte ne sera générée lors de l’intercalation et de la désintercalation 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 nanomatériaux LTO et les applications composites de matériaux conducteurs sur LTO. La nano-isation du matériau LTO peut réduire efficacement la distance de diffusion de Li +, augmenter la surface de contact avec l’électrolyte, renforcer l’échange de charge et améliorer les performances de 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 celle 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 matériaux actifs. Le matériau Si est transformé en nanoparticules afin de soulager le stress mécanique causé par la dilatation des particules de Si.
Les batteries Li-S ont une densité énergétique 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 du S et le problème de dissolution des produits d’intercalation au lithium. En mélangeant du S avec des nanoparticules creuses poreuses de carbone ou d’oxyde métallique, la stabilité du S peut être considérablement améliorée et les performances de cyclage de l’électrode peuvent être améliorées. De plus, le mélange de matériaux S et de graphène peut également améliorer considérablement les performances de cyclage des électrodes négatives S.