17年(nián)專注鋰(lǐ)電池定製

醫療器械60v鈷酸鋰電池規格型號

來源:邦立威    2019-11-17    點擊量:153

隨著(zhe)對智能手(shǒu)機,電動汽車和(hé)可再生能源的需求(qiú)持續增(zēng)長,科(kē)學家們正在尋找改進鋰離子電池(chí)的方法-鋰離子電池是家用電子產品中最常見的電池類型,也是電(diàn)網規模儲能的有前途的解決方(fāng)案。提高鋰離子電池的(de)能量密(mì)度(dù)可(kě)以促進具有長效電池的(de)先進技術的發展,以及風能和太(tài)陽能的廣泛使用。現在,研究人員(yuán)在(zài)實現這一目標方麵取得了重大進展。
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由馬裏蘭大學(xué)(UMD),美國能源部(DOE)布魯克海文國家實(shí)驗室和美國陸軍研究實驗室的科學家領導的合作(zuò)開發並研究了一種能夠使鋰離子能量密(mì)度增加三(sān)倍的新(xīn)型陰極材料。電池電(diàn)極。他們的研究(jiū)成(chéng)果於6月13日在NatureCommunications上發表。
鋰電池和鋰電池組的內阻(zǔ)是(shì)不一樣的
“鋰離子電池由陽極和陰極組成,”UMD科學家和該論文的主要作者之一的秀林秀說。“與鋰離子電池(chí)中使(shǐ)用的商用石墨陽極的大容量(liàng)相(xiàng)比,陰極的(de)容量更加有(yǒu)限。陰極材料始終是進一步(bù)提高鋰離子電池能量密度的瓶頸。”

UMD的科學家們(men)合成了一種新的陰極材料(liào),這是一種改良的工程(chéng)形式(shì)的三氟化鐵(FeF3),由經濟有效和環境(jìng)友好的元素-鐵和氟組成。研究人員一直(zhí)對在鋰離子電池中使用FeF3等化合物感(gǎn)興趣,因為它們具有比傳統陰(yīn)極材料(liào)更高的容(róng)量。
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“通常用於鋰離子電池的材料都是基(jī)於插層化學,”布魯克海文(wén)的化學家和該論文的主要作者之一(yī)EnyuanHu說。“這種類型的化(huà)學反應是非常有效的;但是,它(tā)隻轉移(yí)一個電子,因此陰極容量是有限的。一些化合物如FeF3能夠通過更複雜的(de)反(fǎn)應機製轉移多個電子,稱(chēng)為轉化反應。”
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盡管(guǎn)FeF3具有增加陰極容量的潛力,但該化合物在鋰離子電池中的表現並不理想,因為其轉(zhuǎn)化反應存在三個並發症:能效差(滯(zhì)後),反應速度(dù)慢,副反應可能導致(zhì)循環壽(shòu)命不佳。為了克(kè)服這些挑戰(zhàn),科學家(jiā)們通過一種稱為化學替代的過程將鈷和氧原子添加到FeF3納米棒中。這使科學家能夠操縱反應途徑並使其更具“可逆性”。

“當鋰離子被(bèi)插入到FeF3中時,這種物質會(huì)轉化為鐵和氟化鋰,”該論文的合著者和布魯克海文功能納米(mǐ)材(cái)料中心(CFN)的科學家SooyeonHwang說。“然而,反應不(bú)是完全可(kě)逆的。用鈷和氧取代後,陰極材料的主要骨架更好地保持,反應變得更加可逆。”
磷酸鐵(tiě)鋰電池的(de)電化學性能有充電特性,放電特性,低溫特性(xìng),壽命
為了研究反應途徑,科學家(jiā)們在CFN和國家同步加(jiā)速器光源II(NSLS-II)-布魯克海文的兩個DOE科學用戶設施辦公室進行了多次實驗。

首先在CFN,研究人員使用強(qiáng)大的(de)電子束以0.1納米的分辨率觀察FeF3納(nà)米棒-一種稱為透射電子顯微鏡(TEM)的技術。TEM實驗使研究人員能夠確定陰極結構中納米顆粒的確切尺(chǐ)寸,並分析結構在充電(diàn)-放電過程的不同階段之間如(rú)何變(biàn)化。他們看到取代納米棒(bàng)的反應速度更快。
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“TEM是一種用(yòng)於表征非(fēi)常小尺度材料的強大工(gōng)具,它還能夠實時研究反(fǎn)應過程,”CFN的科學家和該研究的共同(tóng)作者DongSu說(shuō)。“然而,我們隻能使用TEM看到非常有限的樣品區域。我們(men)需要依靠NSLS-II的同(tóng)步加速器技術來了解整個電池的功能。”
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在(zài)NSLS-II的X射線粉末衍射(XPD)光束線上,科學家們通過(guò)陰極材料引(yǐn)導了超亮X射線。通過分析光散射(shè)的方式,科學家們可以“看到”有關材料結構的其他信息。

“在XPD,我們(men)進行了配對分布功能(PDF)測(cè)量(liàng),能(néng)夠檢測大量(liàng)的當地鐵排序,”該論文的合著者和NSLS-II的科學家白建明說。“對放電陰極的PDF分(fèn)析清楚地表明,化(huà)學替代促進了電化學的可(kě)逆(nì)性。”
鋰電池的過放電(diàn),會(huì)對鋰電池的(de)壽命影響非常大
CFN和NSLS-II上(shàng)結合高度先(xiān)進的(de)成像和(hé)顯微技術是評估陰極(jí)材料功能的關鍵步驟。
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“我們還進(jìn)行了基於密度泛函理論的先進計算方法,以破解原子尺度的反(fǎn)應機製,”UMD的科(kē)學家,該論(lùn)文的共同作者肖驥說。“這種方法表明化學替代通過減(jiǎn)少鐵的粒徑和穩(wěn)定岩鹽相將反(fǎn)應轉變為高(gāo)度可逆的狀態。”UMD的科學家表示,這種研究策略可以應用於其他高能轉換材料,未來的研究可能使用該方法來改進其他電池係統。

近年來,隨著鋰電技術的不斷進步與實際成本逐(zhú)漸下(xià)降,鋰電池在電動工具領域的應用越來越多,現階段各大(dà)巨頭廠商提出電動(dòng)工具(jù)無繩化的想法後,使得鋰電池在電動工具領域(yù)有著廣闊的前景空間。

與(yǔ)此同時(shí),人工智能的興起,鋰電家居產品、園林工具等新(xīn)興智(zhì)能工具類產品得到了(le)迅速發展的機會,鋰電池的應用並不再局限(xiàn)於單個領域。其中根據業內人士稱,鋰電類電動工具、園林工具未來市場趨勢正如清晨的朝陽。電動工具鋰電化除了市場的推動與自身潛力外,還得到了國家地區政策的支(zhī)持。例(lì)如歐盟早已禁止無線電動工(gōng)具使用(yòng)鎳鉻電(diàn)池,鋰(lǐ)電(diàn)電動工具的普及率與替換(huàn)率也遠遠領先於國內市場;中國則是重新製定(dìng)了電動工具鋰電池使用行業標準。
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鋰電化無繩化意味著電動(dòng)工具將會朝著更小體積、更輕重量(liàng)、更低噪聲等(děng)方向發(fā)展,然而仍不可避免“副作用”的出現,那就是鋰(lǐ)電池中的鋰離子熱失(shī)控。鋰離(lí)子的工作溫度範圍是在+15~+45攝氏度之間,如果溫度超出臨(lín)界(jiè)水平,則會導致電池單元功能安全、使用壽命縮短、不穩定性以及可能發生的熱失控。
鋰電池的過充電嚴重(chóng)時會引起爆炸
那(nà)麽鋰電池中(zhōng)鋰離子是如(rú)何發生熱失控的呢?如果(guǒ)工具發生強烈的碰撞或高處跌落,電池有可能發生變形;材料則會滲透(tòu)到電池裏,引起內部(bù)短路或外部短路的現象;再(zài)者過度充電或快速充電時電流(liú)過大,極其有可能會永(yǒng)久損壞電池。
鋰電池的過放電,會對鋰電池的壽(shòu)命影響非常(cháng)大
熱失控發生(shēng)後就猶如多米諾骨(gǔ)牌效應一樣,電池(chí)中儲存的能量會突然釋放,從而產生火災。另外電池數量越多、能量密度越高、充放電功率越(yuè)大,就意味著發生起火故障的概率(lǜ)就越高。

為了確保把熱失控的風險降到最低,伊利諾伊大學芝加哥分(fèn)校研究(jiū)人員發布了(le)一份研究報告,報(bào)告中表明,石墨烯材料可以從鋰離子電池(chí)著火時吸走氧氣,可以防(fáng)止陰極釋放的氧氣與電池內其他易燃品相結合,從而降低起火風險,減(jiǎn)少事故損失(shī)。

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