17年專注鋰電池定製

機器人用3.2V錳酸鋰鋰電池規格型號

來源:邦立威    2019-11-24    點擊量:147

隨著對智能手機,電動汽車和可再生能源的(de)需求持(chí)續增長,科學家們正在尋找(zhǎo)改進鋰離子電池的方(fāng)法-鋰(lǐ)離子(zǐ)電池是家用電(diàn)子產品中最常見的電池類型,也是電網規模儲能的有前途(tú)的解決方案。提高鋰離子電池的能量密度可以促(cù)進具有長效電池的(de)先進技(jì)術的發展,以及風能和(hé)太陽能的廣泛使用。現在,研究人員在實現這一目標方麵取得了重大進展。
機器人用3.2V錳酸鋰鋰電池規(guī)格型號
由馬裏蘭大學(UMD),美國能源部(DOE)布魯克海文國家實驗室和美國陸軍研究實驗室的科學家領導的合作開發並研究了一(yī)種能夠使鋰離子能量密度增加三倍的新型陰極材料。電池電極(jí)。他們(men)的研究(jiū)成果於(yú)6月13日在NatureCommunications上發表。
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“鋰離子電池由陽極和陰(yīn)極組成,”UMD科學家(jiā)和該論文(wén)的(de)主要(yào)作者之一(yī)的秀(xiù)林秀說。“與鋰離子電池中使用的商用石(shí)墨(mò)陽極的大(dà)容量相比,陰極的容量更加有限。陰極材料(liào)始終是進一步(bù)提高鋰離子(zǐ)電池能量密度的瓶頸(jǐng)。”

UMD的科學家們合成了一(yī)種新的陰極材料,這是一種改良的工程形式的三氟化鐵(FeF3),由經濟(jì)有效和環境友好的元素(sù)-鐵和氟組成(chéng)。研(yán)究人(rén)員一直對在鋰離子電池中使用(yòng)FeF3等(děng)化合物感興趣,因為它們具有比傳統陰極材料更高的容量。
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“通常用於鋰離子電池的材料都(dōu)是基於插層化學,”布魯克海文的化學家和該(gāi)論文的主要作者之一EnyuanHu說(shuō)。“這種類型(xíng)的化學反應是非常有效的(de);但(dàn)是,它隻轉移一(yī)個電子,因此陰極容量是(shì)有(yǒu)限的。一些化合物如FeF3能夠通過(guò)更複雜的反應機製轉移多個電(diàn)子,稱為轉(zhuǎn)化反應。”
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盡管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,因為其轉化反應存在三個並發症:能效差(滯後),反應速度慢(màn),副反應可(kě)能導致循環壽命不佳。為了克服(fú)這些挑戰(zhàn),科學家們通過一種稱為化學替代(dài)的過程將鈷和氧原子添(tiān)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”。

“當鋰離子被插(chā)入(rù)到FeF3中時,這種物質會轉化(huà)為鐵和氟化鋰,”該論文的(de)合著者和布魯克海文功能納米材料中心(CFN)的科學家SooyeonHwang說。“然而,反應不是(shì)完全(quán)可逆的。用鈷和氧取代後,陰極材料的主要骨架更好地(dì)保持,反應變得更加可逆。”
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為了研究反應途徑,科學家們在CFN和國家同(tóng)步加速器光源II(NSLS-II)-布魯(lǔ)克海文的兩個DOE科學用戶設施辦公室(shì)進行(háng)了多次實驗。

首先在CFN,研(yán)究人員使用強大(dà)的電子(zǐ)束(shù)以0.1納米的分辨率觀察FeF3納米棒-一種稱為透射電子(zǐ)顯(xiǎn)微鏡(TEM)的技術(shù)。TEM實驗使研究人員能夠確定(dìng)陰極結構中納米(mǐ)顆粒的確切尺寸,並分析結構在充電-放電過程的不同階段之間如何變化。他們看到取代納米棒的反應速度更快。
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“TEM是一種用於表征非常小尺度材料的強大工具,它還能夠實時研究反應過程,”CFN的科(kē)學(xué)家和該研究(jiū)的共同作者DongSu說。“然而,我們隻(zhī)能使用TEM看到(dào)非常有限的樣品區域。我們需要依靠NSLS-II的同步加速器技術來了解整個電池(chí)的(de)功能。”
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NSLS-II的X射線粉末衍射(XPD)光束(shù)線上,科學家們通過陰極(jí)材料引導(dǎo)了超亮X射線。通過分析光(guāng)散射的方式,科學家們可以“看到(dào)”有關材料結構的其(qí)他信息。

“在XPD,我們進行了配對分布功能(PDF)測量,能夠檢測(cè)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(jiàn)明說。“對放電陰極的PDF分析清楚地(dì)表明,化學替代促進了(le)電化學的(de)可逆性。”
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CFN和NSLS-II上結合高度先進的成像和顯微技(jì)術是評估(gū)陰(yīn)極材(cái)料功能的(de)關鍵步驟。
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“我們還(hái)進行了基(jī)於密度泛函理論的先(xiān)進計算方法,以破解原子尺度的反應機製,”UMD的科學家,該論文的共同作者肖(xiāo)驥說。“這種方法表(biǎo)明化學替代通過減少鐵的粒徑和穩定(dìng)岩鹽相將(jiāng)反應轉變為高度可逆的狀態。”UMD的科學家表示,這(zhè)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(gāi)方法來改進其他電池係統。

近年來,隨著(zhe)鋰電技術的不斷進步與實際成本逐漸下降,鋰電池在電動工具領域的應用越來越多,現階段(duàn)各大巨頭廠商提出電動工具無繩化(huà)的想法後(hòu),使(shǐ)得鋰電池在電動工具領域有著廣闊的前景空間。

與此同時,人工(gōng)智能的興起,鋰(lǐ)電家居產品、園林工具等新興智能工具類產品得到了迅(xùn)速發展的機會,鋰(lǐ)電池的(de)應用並不再局限於單個領域(yù)。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(dòng)與(yǔ)自身(shēn)潛力外,還(hái)得到了國家地區政(zhèng)策的支持。例如歐盟早已禁止無線電動工具使用鎳鉻電池,鋰電電動工具的普及率與替換率(lǜ)也遠遠領先於國內市場;中國則是重新(xīn)製定了電動工具鋰電池使用行業標準。
機器人用3.2V錳酸鋰鋰電池規格型號
鋰電化無繩(shéng)化意(yì)味著電動工具將會朝著更小體(tǐ)積、更輕重量、更低(dī)噪聲等方向發展,然而仍不可避免“副作用”的出(chū)現,那就是鋰電池(chí)中的鋰離子熱失控(kòng)。鋰離子的工作溫(wēn)度範圍是在+15~+45攝氏度(dù)之間,如果溫度超出臨界水平,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(de)製造(zào)設備的好壞和(hé)鋰電池的質量有(yǒu)一定關係
那麽鋰電池中鋰離子是如何發(fā)生熱(rè)失控的呢(ne)?如(rú)果工具發生強烈(liè)的碰撞或高處跌落,電池有可能發生變形;材料則(zé)會滲透到電池裏,引起內部短路或外部(bù)短路的(de)現象;再者(zhě)過度充電或(huò)快速充電時電流過大,極其有可能會永久損壞電池。
邦力威鋰(lǐ)電池的比能量(liàng)在不同類型的電池上不(bú)一樣
熱失控發生後就猶如多米諾骨牌效應一樣,電池中儲存的(de)能量會突然釋放,從(cóng)而產生火災。另外電池數量越(yuè)多、能量密度越(yuè)高、充放電(diàn)功率越大,就意味著發生(shēng)起火故(gù)障的概率就越高。

為了確保把熱失控的(de)風險降到(dào)最低,伊利(lì)諾伊大學芝加哥分校研究人員發布了一份研究報告,報告中表明,石墨烯材料可以(yǐ)從鋰離子電池著火時吸走氧氣(qì),可以防止(zhǐ)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,減少事故損失。

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