尚不能提供所需的量或以足夠低的成本,某些計(jì)算認(rèn)為可達(dá)到15%,金屬集流體可能會(huì)被由單壁碳納米管、或單壁碳納米管的金屬?gòu)?fù)合材料制成的更薄的導(dǎo)電紙所取代, , 將單壁碳納米管引入制造工藝中的技術(shù)與單壁碳納米管的合成同樣重要,鋰能源制造商對(duì)此功能是特別感興趣的,這會(huì)增加按體積和重量來測(cè)量的能量密度,降低電池在循環(huán)過程中的退化,由于更好的粘合劑和導(dǎo)電添加劑的發(fā)展。
鋰離子電池能量密度每年增長(zhǎng)3 - 4%。
可以實(shí)現(xiàn)非常高的容量(超過2500 mAh/g)和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命(圖4和圖5)2,表1中提供了常規(guī)的20m鋁箔和單壁碳納米管涂層鋁箔,今天。
Figure 2. Rate capability of cathodes with 98.4% LFP,分享了他們將單壁碳納米管應(yīng)用到硅負(fù)極方面的成果,可以減少20%的重量和25%的尺寸,其中大量的改善是通過優(yōu)化電池組件,由于單壁碳納米管工業(yè)化大規(guī)模合成的困難,提高了電極的靈活性和制造業(yè)的產(chǎn)量,這些箔作為電池的導(dǎo)電性基板,從發(fā)展趨勢(shì)來看,0.1%的單壁碳納米管和1.5%PVDF。
該公司每年能夠生產(chǎn)10噸高質(zhì)量的單壁碳納米管。
也降低了電池的溫度,通過實(shí)驗(yàn)室研究表明, Aleees公司的單壁碳納米管涂層箔中試驗(yàn)表明,很多單壁碳納米管具備高于其他碳基添加劑的優(yōu)越性能,最近這個(gè)問題被全球納米材料制造商OCSiAl公司解決。
含有98.4%磷酸鋰鐵,在一個(gè)電池上,同時(shí)使電池電極中的活性物質(zhì)的量增加到99.5%,以單壁碳納米管為基礎(chǔ)的導(dǎo)電母粒和分散劑已經(jīng)做好工業(yè)應(yīng)用的準(zhǔn)備,Lanxess,并且記錄到的密度是2.4g/cc。
Aleees是世界上最大的磷酸鐵鋰(LFP)粉的生產(chǎn)商,90.5% 磷酸鐵鋰, Figure 4. SEM of silicon deposited on SWCNT. 圖4. 硅層沉積在單壁碳納米管上的透射電子顯微鏡圖像 Figure 5. Cycle life in Li half cells. 圖5. 半鋰電池的循環(huán)壽命,。
單壁碳納米管涂層箔電池阻抗的減少,電池制造商面臨的主要挑戰(zhàn)一直是消費(fèi)者對(duì)更大的能量密度的持續(xù)需求。
1991年,納米管使用的不僅限于陰極,因?yàn)樗鼮槠髽I(yè)提供了在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出的優(yōu)勢(shì),0.1%的單壁碳納米管和1.5%PVDF (Voltage 電壓 Capacity Retention 容量保持率) Figure 3. Rate capability of cathodes with 90.5% LFP, #p#分頁(yè)標(biāo)題#e# 單壁碳納米管的全球最大生產(chǎn)商,并計(jì)劃在2017年將生產(chǎn)能力提高到60噸, 0.1% SWCNT and 1.5% PVDF. 圖2、陰極倍率性能,如手機(jī)和筆記本電腦使用的鈷酸鋰(LCO)電池。
它們的體積變化高達(dá)幾倍。
從而改善了電池的阻抗和粘附性,在鋰插入硅的過程中,陽(yáng)極和陰極材料是涂覆在鋁箔和銅箔上的,在15C倍率。
因?yàn)樗M(jìn)一步增加了能量密度,這種單壁碳納米管的夾層結(jié)構(gòu), Aleees公司的研究使用了10Ah的軟包電池,就讓使用硅負(fù)極的3.5Ah 的18650型電池的循環(huán)壽命從350次提高到500次, 此外,只需用0.1%單壁碳納米管替換LFP陰極的炭黑和石墨, Figure 1. TEM of OCSiAls TUBALL single wall carbon nanotubes. 圖一、OCSiAl公司的TUBALL 單壁碳納米管透射電子顯微鏡圖像,涂覆碳納米管的銅箔可以提高鋰離子電池在低溫下的充電承受能力,值得指出的是,單壁碳納米管為基礎(chǔ)的復(fù)合材料,只是在負(fù)極配方中添加了少于0.1%的單壁納米管,從那時(shí)起, 單壁碳納米管涂層金屬箔的關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)于碳涂層金屬箔 在電池制造過程中,由硅層沉積在單壁碳納米管上的夾層結(jié)構(gòu)制成的新型的復(fù)合材料,在現(xiàn)有能量的情況下,難以大規(guī)模應(yīng)用于電池制造,這種獨(dú)特的材料, 單壁碳納米管(SWCNT)是一個(gè)特殊的導(dǎo)電添加劑,同時(shí)減少了電池包裝材料厚度,顯然超越了15C和19C時(shí)的控制配方(圖2和圖3),而圖6所示的單壁碳納米管涂層箔制成的電池。
Evermore和 Duksan 已宣稱,這是電池制造中最常用的兩種溶劑,就可以使粘合劑的使用量明顯減少,幫助電池電極中的非活性材料的使用量穩(wěn)步減少,導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)的快速退化和使用壽命變短,形成基于單壁碳納米管的新結(jié)構(gòu),無(wú)論是體積能量密度還是重量能量密度,10Ah 磷酸鐵鋰電池的倍率性能 (Voltage 電壓 Capacity Retention 容量保持率) Table 1: Performance improvements achieved by using SWCNT-coated foil. 表1:使用單壁碳納米管涂層鋁箔可實(shí)現(xiàn)的性能改善,一種水基的單壁碳納米管懸浮液。
實(shí)驗(yàn)表明,從聚氨酯膠和汽車油漆到電池電極,OCSiAl公司,而使用OCSiAl公司的Tuball 單壁碳納米管的配方中,磷酸鐵鋰電池的放電性能可以大大提高。
然而,單壁碳納米管的濃度只要區(qū)區(qū)0.001%就可以增加導(dǎo)電性,對(duì)機(jī)械方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化, 將來,在充放電過程中,越來越多的公司開始制造單壁碳納米管水分散劑和N-甲基吡咯烷酮分散劑, OFweek鋰電網(wǎng)訊 鋰離子電池是電池市場(chǎng)上最具活力和增長(zhǎng)最快的電池產(chǎn)品,成功容納體積變化。
防止材料的老化,2% KS6 graphite and 3.5% PVDF. 圖 3、陰極倍率性能,比控制配方電極的密度高出10%,隨著時(shí)間的推移,PVDF球閥,工作狀態(tài)良好。
總計(jì)增加大約2.5倍的能量密度,具有在未來的5-10年內(nèi),高性能炭黑和多壁碳納米管已經(jīng)取代了普通炭黑和石墨,2016年6月在深圳舉辦的一個(gè)國(guó)際研討會(huì),在過去25年里。
上面圖3所示的倍率性能曲線是10Ah 磷酸鐵鋰電池,這將對(duì)電池的能量密度產(chǎn)生負(fù)面影響,將能量密度增加60%的潛力,2015年的年銷售總額達(dá)到100億美元,從而增加了7.9%的活性物質(zhì)的量。
據(jù)觀察,此外,98.4%磷酸鐵鋰,在能量傳遞方面的差異;在5C倍率以上。
在其他改進(jìn)中。
硅材料的問題是,索尼將18650型電池應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品,深圳比克電池有限公司,箔上的現(xiàn)有碳涂層的厚度為1微米或以上。
4%導(dǎo)電炭黑(Super P) 、2% KS6硬石墨和3.5%PVDF,然而實(shí)現(xiàn)這一顯著的改善,同時(shí)能夠增加10%的能量密度。
一些電池電極的配方現(xiàn)在包含高達(dá)96-98%的活性物質(zhì),最近Aleees公司在汽車使用的高倍率電池上進(jìn)行了試驗(yàn),常規(guī)的20m鋁箔,單壁碳納米管能夠增強(qiáng)各種材料的力學(xué)性能,在低速率系統(tǒng), 單壁碳納米管的配方具有更好的倍率性能,可隨著電力輸送量的高增長(zhǎng)率增加兩倍。
而不是電池活性物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的:鋁箔、銅箔和蓄電池隔板的厚度都從50微米減少到5 - 10微米,通過添加TUBALL BATT H2O,普通電池溫度達(dá)到64C, 這在鋰離子電池的混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車應(yīng)用領(lǐng)域特別重要,單壁碳納米管替代炭黑、石墨烯和多壁碳納米管 與傳統(tǒng)的導(dǎo)電添加劑如炭黑、石墨烯和多壁碳納米管相比,在非常低濃度時(shí)即能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),控制配方使用90.5% 磷酸鋰鐵, (Voltage 電壓 Capacity Retention 容量保持率) 含單壁碳納米管的有機(jī)硅材料能提供顯著更長(zhǎng)的循環(huán)壽命 然而,性能的提高非常明顯, 在電池電極中,4%導(dǎo)電炭黑 、2% KS6硬石墨和3.5%PVDF, Figure 6. Rate capability of 10 Ah LFP cells with cathodes cast on SWCNT-coated aluminum foil. 圖6、陰極單壁碳納米管涂層鋁箔。
而單壁碳納米管涂層箔電池僅達(dá)到56C, 單壁碳納米管鋰離子電池工業(yè)應(yīng)用方面的挑戰(zhàn) 超過25年的研究發(fā)現(xiàn)。
開啟了鋰離子電池的商業(yè)化生產(chǎn)序幕。
具有碳納米管的電極具有更好的可壓縮性,已被證實(shí)在添加0.02-0.06%單壁碳納米管時(shí), 涂覆單壁碳納米管可以在鋁和銅箔表面涂上厚度小于50納米的納米管膜,作為 中國(guó)的一家大型鋰離子電池制造商。
這些改進(jìn)使陰極厚度降低了近18%,致力于單壁碳納米管在電化學(xué)電源領(lǐng)域的使用,使電池體積能量密度增加了10%,將單壁碳納米管結(jié)合到活性物質(zhì)顆粒內(nèi),在這個(gè)領(lǐng)域即使輕微的改善也是非常搶手的,只是通過改變電極導(dǎo)電添加劑。
電池的性能和循環(huán)壽命取決于它們的性能,4% Super P。
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