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【干货】锂离子电池几种有机正极质料引见-澳门金沙www.30064.com-js3311.com

2017-03-16

跟着储能电源和的迅猛生长,开辟高能量密度的成为研讨的重点之一。锂离子电池机能的进步很大程度上取决于正极质料的特性。现在无机正极质料运用普遍,但不乏种种缺点。取无机正极质料比拟,有机物正极质料具有实际比容量下、质料雄厚、环境友好、构造可设想性强和系统平安的长处,是一类具有普遍运用远景的储能物资。本文重要引见了几类作为锂离子正极质料的有机化合物,对照剖析了这些化合物的电化学机能、电化学反应机理。

导电有机高分子正极质料

晚期的有机正极质料研讨较多的是导电高分子材料,单一态的导电高分子正极质料存在很多缺点,不克不及知足现实运用的需求,人们最先了基于导电高分子的种种复合材料的研讨。研究人员将V2O5搀杂正在散吡咯中制备PPy/ V2O5复合材料,充放电后PPy/ V2O5复合材料发作阴离子的搀杂/脱搀杂和Li+的嵌入/脱嵌入回响反映,正极质料内部元素的百分含量和质料内部的表面描写会发作转变轮回稳固机能欠安。

图1 PPy/ V2O5复合材料电化学机能及充放电后外面描写图

该类导电聚合物用作正极质料是经由过程阴离子的搀杂/脱搀杂实现电化学历程。一般存在以下瑕玷:回响反映系统中要求电解液的体积大,致使电池的能量密度难以进步,导电机能不下;电化学反应速度缓,需求搀杂大量的导电剂;有机聚合物正在电解液中仍旧存在迟缓消融的题目;临时轮回稳固机能不下;实际容量不下。存在很大的革新空间。

有机硫化物正极质料

科研人员又将眼光转向了以S-S键的断裂和键合停止放能和储能的有机硫化物。他们发明增添硫链长度能够增添比容量,然则因为硫自己的绝缘性,且电极回响反映发生的中央产品Li2SX易于消融正在电解液和堆积正在锂负极外面,严峻影响了电池的充放电功率和轮回机能。以是,他们又将S-S键引入有机物份子中,构成种种线形、梯形大概网状多交联的硫化聚合物,代表性的化合物如表1所示。

表1 典范有机硫化合物正极质料

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有机硫化合物正极质料固然在一定程度上进步了电池电化学活性和轮回稳固机能,但有机硫化合物广泛存在以下题目:容量衰减快,易发生降解;正在电解液中的消融题目难以战胜,轮回稳固机能仍旧不下;放电时天生的硫离子背负极转移的题目;导电性差,室温下电化学反应速度迟缓;有机硫化合物正极活性质料的轮回机能离现实运用仍有差异,难以知足现实运用的需求。

露氧共轭有机物正极质料

有机共轭露氧化合物电极质料具有下比容量、构造多样性和回响反映动力学快等长处,已成为正极质料的研讨热点。以蒽醌及其聚合物、露共轭构造的酸酐等为代表的羰基化合物作为一种新兴的正极质料逐步遭到存眷,其电化学反应机制是:放电时每一个羰基上的氧原子得一个电子,同时嵌入锂离子天生烯醇锂盐;充电时锂离子脱出,羰基复原,经由过程羰基和烯醇构造之间的转换实现锂离子可逆天嵌入和脱出。

科研人员研讨了一种新型有机醌类化合物1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌(THAQ,图2)及其氧化产品(O-THAQ)的电化学机能,其初次充放电容量和轮回机能都较高。

图2 THAQ电化学反应机制

在此基础上经由过程一步氧化回响反映,制备了THAQ的二聚体四氢六醌THHQ。该质料中醌基含量进一步进步,电化学机能改进,那是由于构成二聚体后份子的溶解性下落,稳定性进步。

图3 THHQ份子结构式

正在此以后,又各有科学家对其停止革新,离别制成了以均苯四酸二酐、醌茜、AlCl3为主要原料分解了壬苯并六醌DBHQ和2,4-三硝基-9-芴酮(TNF)化合物,均匀能量密度增添,容量更高。

图4 DBHQ份子结构式

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图5 TNF电极的充放电机制

整体来讲,重要官能团为羰基和硝基的露氧共轭有机正极质料放电容量较下,但轮回性和倍率机能较差。为此,科学家们对其停止改性研讨,局部改性计划和研讨效果以下:

(1)到场导电碳的含量。这不仅在一定程度上抑止活性物资的消融,借能进步电极的导电机能。如能够间接把有机活性质料(苯醌衍生物的杯,芳烃,CQ)共价接枝正在导电碳颗粒(炭黑CB)或无机纳米SiO2表面上,获得CB/CQ和SiO2/CQ复合活性质料。正在捐躯电极质料比容量的状况下,得到了较好的轮回机能和倍率机能。

图6 CB/CQ(赤色)和SiO2/CQ(玄色)复合活性质料的轮回稳固机能

(2)经由过程锂/钠盐化步伐低落有机物正在电解液中的溶解度,并经由过程有机羰基锂盐/钠盐化合物粒径的纳米化步伐增大有机物取导电物资的打仗面积,收缩Li+散布通道,进步能量密度。

科学家研讨了环戊烯三酮酸二钠盐正在差别粒径下的电化学机能,效果显现直径为150nm的颗粒作为正极质料具有更好的电化学机能,轮回稳定性好。

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图7 环戊烯三酮酸二钠盐的充放电机制示意图

(3)经由过程对露氧化合物的聚合历程去低落正在电解液溶液中的溶解度,进步电池的轮回寿命。

设想分解的多孔芘-4,5,9,10-四酮聚合物(PPYT),初始放电容量为231mAh/g,500次轮回后比容量仍旧保持正在初始容量的83%,30C的比容量可以或许保持正在1C下的90%。

图8 PPYT电化学反应机制及轮回寿命图

瞻望

将来的研讨应正在现有研讨的基础上"取长补短"设想一些特别官能团构造的有机化合物,好比将上述露氧共轭基团庖代到大环共轭构造系统中,既能实现锂离子正在充电和放电历程的入嵌取脱嵌,接纳多庖代活性点位又实现较下的实际比容量。大环共轭系统一方面能够低落正在电解液中的消融机能,进一步进步放电容量和轮回稳固机能,另一方面借能进步导电机能。绿色可持续能源是以后生长的偏向。



转载自锂电网