教育装备采购网
河南大学体育论坛580*60 第六届图书馆论坛580*60

OPTON的微观世界第7期 性能形貌学的实际应用

教育装备采购网 2017-03-29 11:32 围观530次

——锂离子电池负极材料的改性

  序 言

  通常商用的锂离子电池都选用碳来做负极材料。但是碳材料作为锂离子电池负极材料,脱锂嵌锂电位比较低,容易引起金属锂的析出,且碳材料热稳定性较差,很容易发生安全事故,大大降低了锂离子电池的安全性能。氧化钛由于其良好的循环稳定性及较安全的充放电电压(1.5V),丰富的储量以及无毒、对环境无污染等特性,是一种最有潜力替代碳材料的负极电池活性材料。

  

金红石型氧化钛脱锂嵌锂模型

  如上图,在很多金红石氧化钛脱锂嵌锂机理的研究中都提到了锂离子在金红石晶体内的扩散只有沿着[001]方向(上图蓝色区域)才能进行。而锂离子在(110)晶面上(上图红色区域)只是以界面吸附的情况进行储锂的,这种在(110)晶面上的储锂只在表面浅层的钛氧八面体上发生,而晶体体相内部是不具备嵌锂脱锂活性的,这也意味着微米级的金红石型氧化钛在作为锂离子电池负极材料时具有很低的电池比容量,如何通过暴露更多的(001)面来提高金红石的比容量是研发氧化钛基负极电极材料首先要解决的问题。

  1. 金红石型纳米材料的生长机理

  

金红石纳米颗粒生长机理图

  如上图所示,由于金红石型晶体{110}晶面的表面能远远低于{001}晶面的表面能,因此金红石纳米晶体在沿不同晶向上的生长速度大不相同,且生长过程中为了保持晶体结构的稳定,会选择性的暴露更多的表面能更低的{110}系晶面。

  根据这个原理只要我们在【Step1】步骤中加入合适的晶面生长抑制剂,降低晶体沿{001}晶面方向的生长速度,则可以暴露出更多的金红石{001}晶面,同时也增加了纳米晶体的孔隙率,为锂离子电池的脱离嵌锂提供更多的活性位点。

  2. 不同生长速度的纳米晶体的微观结构表征

  

不同晶向上晶体生长速度快但不均匀(a)、速度慢(b)、快且均匀(c)的形貌及比表面积图

  由上图【C】可以看到,当选择合适的工艺及条件时,可以合成出暴露{001}晶面族更多的纳米颗粒,且相对于另外两种颗粒来说,它有更高的比表面积。

  3. 锂电性能测试评价

  

不同晶向上晶体生长速度快但不均匀(a)、速度慢(b)、快且均匀(c)的电池性能测试

  如上图所示,同样一种材料通过形貌调控后,锂电池的比容量由90-100mAh/g升高到了220mAh/g,比容量提升了一倍还多。由此可见通过不同的材料合成工艺可以合成出性能千差万别的材料出来。

  • 后记

  随着纳米技术越来越贴近人们的日常生活,显微形貌分析不再仅仅局限于对微观材料形貌的观察与模仿,在对材料的改性及生产过程管控中也起到了越来越重要的作用。为新材料、新产品的研发提供了强有力的技术支持。

  

点击进入北京欧波同光学技术有限公司展台查看更多 来源:教育装备采购网 作者:北京欧波同光学技术有限公司 责任编辑:黄磊 我要投稿
校体购终极页

相关阅读

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:教育装备采购网"的所有作品,版权均属于教育装备采购网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:教育装备采购网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:XXX(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

九牧