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北京交通大学开发出高倍率性能纳米富锂材料

本文摘要:传统的锂离子电池一般使用钴酸锂材料作为负极材料,钴酸锂材料具备层状结构,其理论比容量为270mAh/g左右,但是当锂离子瞬多达50%时,不会导致结构不平稳,引发钴酸锂材料的层状结构坍塌,因此为了确保钴酸锂材料结构的稳定性,一般将钴酸锂材料的容量限定版在140mAh/g左右,也就是将工作电压掌控在4.2V左右。

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传统的锂离子电池一般使用钴酸锂材料作为负极材料,钴酸锂材料具备层状结构,其理论比容量为270mAh/g左右,但是当锂离子瞬多达50%时,不会导致结构不平稳,引发钴酸锂材料的层状结构坍塌,因此为了确保钴酸锂材料结构的稳定性,一般将钴酸锂材料的容量限定版在140mAh/g左右,也就是将工作电压掌控在4.2V左右。  近年来随着锂离子电池的能量密度的持续提高,传统的钴酸锂材料早已无法符合高比能锂离子电池的市场需求,加之钴是一种战略金属,价格较高,也容许了钴酸锂材料在动力电池领域的应用于。  为了解决问题钴酸锂材料容量较低、价格低的问题,人们研发出有了丰锂材料。

富锂材料具备固溶体结构,比容量平均300mAh/g,并且由于大量使用了价格低廉的Mn元素,很大的减少了丰锂材料的成本,是一种十分具备期望的新一代锂离子电池负极材料。  但是富锂材料也不存在着自身固有的问题,例如倍率性能劣、循环性能劣和电压衰降等,只有解决问题这些问题,才能让广大的电动汽车厂商拒绝接受和使用富锂材料动力电池。  为了解决问题上述问题,北京交通大学的LinjingZhang等人研发了一种两步水热法制备高倍率性能纳米富锂材料,该材料具备较好的循环性能和倍率性能,1C倍率下比容量平均238.7mAh/g,10C的倍率下,比容量依然平均182.7mAh/g。  LinjingZhang利用两步水热法制备了Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,该方法主要包括两个步骤,第一步利用葡萄糖在180℃龙骨热法制备碳微球,作为第二部模板。

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在第二步水热法制备过程中,以Ni和Mn的醋酸盐作为原料,在450℃下制备富锂材料,通过在其中加到有所不同的数量的第一步过程所制备的碳微球来提高富锂材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的形貌结构,这些加到的碳微球模板在先前的工件过程中不会再次发生分解成,从而会仅存碳材料。  研究找到,当碳微球的加到量过少时,反而不会导致富锂材料的纳米颗粒再次发生一家人,而碳微球过多时则不会导致材料的颗粒过分牢固,加到10wt%碳微球的丰锂材料具备最差的循环性能、倍率性能和最多电压衰降。  电化学测试找到,加到10%碳微球的丰锂材料展现出出有了最差的循环性能,电池在2.0-4.8V之间循环,电流密度为25mA/g,50次循环的容量维持了为92%,电压衰降为4.1%。在倍率测试中找到该材料还具备较好的倍率性能,在1C、2C、5C和10C的倍率下,该材料的静电容量分别为238.7,219.3,204.8和182.7mAh/g。

  形貌调整是提高负极材料性能的有效地方法,通过增大活性物质颗粒的粒径可以明显的减少Li+的蔓延路径,提高蔓延动力学特征,但是材料颗粒的粒径过小也不会导致热平稳减少,颗粒一家人和副反应减少等问题,因此负极材料形貌的调整必须考虑到诸多因素的影响。


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