Повышение энергоемкости является вечной темой для исследований литиево-ионных батарей. Согласно требованиям Министерства промышленности и информационных технологий, цель достижения удельной энергии 300 Вт / кг для литиево-ионных аккумуляторных батарей будет достигнута к 2020 году. Улучшение удельной энергии литий-ионных батарей неотделимо от продвижения технологии материалов и технологии производства. Увеличение объема покрытия является эффективным способом увеличения плотности энергии литий-ионных батарей, но по мере увеличения количества покрытия мы обнаружим, что электрические свойства ионов лития, особенно скорости и производительности цикла, значительно снизились. Это связано главным образом с тем, что электроды литий-ионных батарей представляют собой в основном пористые структуры, состоящие из частиц, в которых поры сложны, а извилистость высокая, что значительно повысит устойчивость к диффузии Li + в ней. Поэтому, как увеличить количество покрытия при уменьшении пористости электрода Степень керлинга, увеличивающая скорость диффузии Li + в ней, является проблемой, которая должна быть решена при производстве сверхмалых электродов.
Чтобы решить проблему ультратонкого покрытия электродов, Ю. Шухонг из Университета науки и техники Китая и профессор Цуй Вэй из Стэнфордского университета дал свои собственные ответы. Исследователи были вдохновлены структурой каналов естественных деревьев для разработки вертикального катетера. Структура сверхтонкого LCO-положительного электрода, эта структура может уменьшить кривизну пор электрода, уменьшить сопротивление диффузии Li + в электроде, чтобы обеспечить производительность цикла и скорость работы батареи при высоких нагрузках. С помощью технологии покрытие LCO может достигать максимума 22,7 мАч / г (что эквивалентно примерно 160 мг / см2), что в 4-5 раз больше, чем у традиционных процессов, и имеет важное значение для улучшения удельной энергии литий-ионных батарей.
Чтобы получить биомиметический LCO-электрод, команда Юй Шухонга взяла Pinus sylvestris в качестве шаблона, сначала разрезала Pinus sylvestris на тонкие кусочки толщиной 1,5 мм, а затем растворила лигнин в деревянном канале путем растворения аммиака для получения однородной пористой матрицы. (Как показано на фиг. B ниже), зонд-предшественник LCO, полученный из LiNO3, Co (NO3) 2 · 6H2O, затем погружают в шаблонную пробирку под вакуумом и сушат с образованием геля-предшественника LCO и, наконец, в воздушной среде. С другой стороны, спекание при 700 ° С в течение 2 часов вызывает сгущение LCO, с другой стороны, деревянный шаблон удаляется. Как видно из следующего рисунка g, электрод LCO сохраняет пористую структуру в вертикальном направлении после прокаливания. Для дальнейшего усиления LCO-электрода С нагрузкой команда Юй Шухонга также повторила вышеупомянутый процесс растворения золь-предшественника LCO (электрод LCO-2), который увеличил нагрузку на единицу площади почти вдвое.
Чтобы проанализировать влияние вышеуказанного процесса подготовки на пористость и провисание электрода, команда Ю Шухонга использовала технологию КТ-сканирования для восстановления структуры электрода, на которой фигура a представляет собой обычный электрод LCO, а фиг. B - электрод LCO-1, в котором один LCO погружен один раз. На рисунке C показан электрод LCO-2, погруженный дважды в LCO. Из рисунка видно, что электрод LCO случайным образом осаждается частицами LCO. Поэтому пористая структура электрода более сложна и кривизна поры относительно высока (около 1,5). Влияет на скорость диффузии ионов лития. LCO-1 и LCO-2, полученные методом шаблона, имеют поры вертикальной структуры, поэтому электрод имеет высокую пористость и низкую степень выгибания (близкий к 1), что благоприятно для быстрой диффузии Li +. Высокая толщина электродной скорости.
Чтобы проверить электрохимические характеристики электрода LCO с вертикальной структурой катетера, команда Ю Шухонга использовала вышеуказанные электроды для подготовки кнопочной ячейки для проверки электрохимических характеристик. На следующем рисунке показаны результаты различных скоростей разряда после заряда от 0,05 до 4,25 В. С точки зрения обычного процесса, LCO-электрод быстро снижается по мере увеличения увеличения. (Емкость электродвигателя LCO, создаваемая традиционным процессом, составляет всего около 100 мАч / г, что намного ниже, чем у нормального материала LCO. Поскольку нет подробной информации, небольшая серия не может быть оценена. Причина в том, что электроды LCO-1 и LCO-2 с вертикальной конструкцией трубопровода имеют значительно лучшие показатели скорости, чем контрольная группа. На рисунке b показан электрод LCO-1 с одним погружением в суспензию LCO и LCO с двумя пропитками LCO. Емкость на электродную площадь двух электродов при разных увеличениях показывает, что количество покрытия батареи LCO-2 значительно увеличивается (нагрузка LCO-2 составляет 24,5 мА · ч / см2 при 0,05 ° С, а нагрузка LCO-1 составляет 13,3. мАч / см2), Пористость уменьшается, но из-за структуры вертикального трубопровода уменьшается вывих пор, что значительно улучшает скорость работы электрода. При почти всех увеличениях нагрузка LCO-2 составляет LCO-1. Примерно раз, указав вертикальные Структура труб может также улучшить производительность высокой скорости суммы покрытия электрода.
Быстрая зарядка также является важной задачей для аккумуляторной батареи. На следующем рисунке показаны различные характеристики зарядки скорости LCO-электрода управления и электрода LCO-1 с вертикальной структурой канала, подготовленной традиционным способом. По сравнению с традиционным процессом он подготовлен на рисунке a. Электрод LCO, поляризация электрода LCO-1 во время зарядки мала, емкость выше, емкость электрода LCO-1 значительно выше, чем электрод LCO, полученный традиционным процессом при разных скоростях загрузки.
Биомиметический LCO-электрод, разработанный командой Юй Шухонга, добился значительного прогресса в увеличении нагрузки на единицу площади электрода, что имеет большое значение для разработки литий-ионных батарей с высокой удельной энергией. Однако мы также отметили некоторые проблемы как традиционный процесс контрольной группы. Электроды LCO не только имеют очень низкую скорость работы, но также имеют очень низкую пропускную способность. Это не совсем понятно в тексте. Во-вторых, по сравнению с контрольной группой, LCO-электрод биомиметической структуры значительно улучшил скорость. Однако при скорости 1С его мощность составляет лишь около 50% от емкости 0,05 ° С, что намного ниже, чем у существующих коммерческих литиево-ионных батарей. В целом, биомиметический электрод LCO, разработанный командой Юй Шухонга, улучшает электрохимические характеристики ультра-толстых электродов. Это имеет большое значение, но эта технология все еще нуждается в дальнейшей оптимизации, включая процесс подготовки и электрохимические свойства электрода, чтобы повысить его практичность.
