你知道什么对锂离子电池的性能有着至关重要的影响？
来源：宝鄂实业
2019-04-06 10:15
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影响锂电池性能的因素有很多，诸如材料种类、正负极压实密度、水分、涂布面密度及电解液用量等。其中水分对锂离子电池的性能有着至关重要的影响，水分是锂离子电池生产过程中需要严格控制的关键因素，水分过量时不但能够导致电解液中锂盐的分解并对正负极材料、集流体都有一定的腐蚀破坏作用，而且也导致电池的循环性能及安全性能的降低。但是痕量的水分又有重要的意义，下面具体介绍下水分对锂电池性能的影响。
一、水分过量的弊端
在三元/石墨体系电池制作过程中，正极浆料的制备一般会选用油系分散体系，采用PVDF作为粘结剂，NMP作为溶剂。PVDF遇到过量的水分会生成胶状的物质，导致浆料的流动性和流平性很差，不利于浆料的涂布。所以，在浆料制备时，必须注意原材料的水分含量、工作环境以及人员操作过程中水分的引入。
二、痕量水分的意义
但是，锂电池中并不是水分越少越好。大家知道，固体电解质界面（俗称SEI膜）是一层选择性透过膜，能使Li+自由透过，而电解液分子不能透过。电解液的组成和痕量的添加剂对SEI膜形成的电位、致密程度、电池不可逆容量损失、电池内阻等有显著的影响。而水作为电解液中一种痕量组分，对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有一定的影响。
三、水分对锂电池性能的影响
在不同的材料体系中，水分含量对电池的性能有很大的影响。但是，不变的是水分对锂电池的首次充放电容量、内阻、电池循环寿命、电池体积均有影响。下面以钴酸锂/石墨体系电池来举例说明。
硅阳极可以改善锂离子电池通过添加MXene解决破解问题可能是提高电池容量和性能的一种方法。电池电存储是未来个人电子产品，电动汽车(EV)和更高效电网的关键。但是现在的商用锂离子电池不能足够快地提供足够的能量。因此，我们正在寻找可以增强或替代目前使用的构成锂离子电池的阴极，阳极和电解质的新材料。
一个特别感兴趣的领域是用硅代替石墨碳负电极(阳极)。当锂离子电池充电时，锂离子在称为嵌入的过程中在石墨阳极中的碳原子层之间移动。今天的电池使用的是一种特殊类型的层状石墨，它的锂吸收量有限，但也只能通过中国人来源获得。硅可能提供另一种选择。Amphenol正弦系统ATV Series™重载连接器具有18位腔体布置，耐用的热塑性外壳，法兰安装或直列式功能，用于配合的集成闩锁和一体式界面密封。
“硅阳极预计会取代锂离子电池中的石墨阳极，对储存的能量产生巨大影响，”Drexel工程学院的杰瑞大学博士，巴格教授，AJ Drexel纳米材料研究所所长Yury Gogotsi博士说。在材料科学与工程系。该研究在Drexel新闻稿中有所描述。
硅作为阳极的问题在于，当锂离子嵌入时它会改变体积，膨胀到足以在几次充电循环后产生裂缝。Drexel新闻稿指出，“用硅代替石墨作为锂离子阳极中的主要材料将提高其吸收离子的能力，因为每个硅原子可以接受多达四个锂离子，而在石墨阳极中，六个碳原子需要只用一个锂。但随着它的收费，硅也会膨胀 - 高达300% - 这可能导致它破裂，电池出现故障。
该问题的通常解决方案涉及添加碳和聚合物粘合剂，其产生包含硅的框架。根据Gogotsi的说法，这样做的过程“很复杂，碳对电池的存储充电很少。”
相反，Drexel方法将硅粉混合到MXene溶液中以形成混合硅-XXene阳极。根据新闻稿，“MXene纳米片随机分布，在缠绕硅颗粒的同时形成连续的网络，同时作为导电添加剂和粘合剂。它是MXene框架，它也会在离子到达时对其施加顺序，并防止阳极膨胀。“
MXenes于2011年在Drexel首次发现。它们是通过化学蚀刻分层陶瓷材料制成的，称为MAX相。去除一组化学相关的层留下一堆二维薄片。迄今为止已生产了30多种MXenes，每种MXenes的性质略有不同。选择其中两个来制造本研究中测试的硅-MXene阳极：碳化钛和碳氮化钛。该小组还测试了由石墨烯包裹的硅纳米颗粒制成的电池阳极。
“MXenes是帮助硅在电池中发挥其潜力的关键，”Gogotsi说。“因为MXenes是二维材料，阳极中的离子有更多的空间，它们可以更快地移动到其中 - 从而提高了电极的容量和导电性。它们还具有优异的机械强度，因此硅-XMene阳极也非常耐用，厚度可达450微米。“
在新闻发布会上，研究人员指出，“所有三种阳极样品都显示出比锂离子电池中使用的现有石墨或硅碳阳极更高的锂离子容量和更高的导电性 - 比传统硅高100至1,000倍。当添加MXene时，阳极。“
他们写道：“MXene纳米片的连续网络不仅提供了足够的导电性和自由空间，以适应体积变化，而且还能很好地解决Si的机械不稳定性。”“因此，这里展示的粘性MXene油墨和高容量Si的结合提供了一种强大的技术，可以构建具有卓越性能的先进纳米结构。”
