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【干货】用富勒烯制备N掺杂多孔碳材料

本文摘要:锂离子电池经过多年的发展,比能量、倍率性能和安全性性能都获得了很大的提高,但是随着数码电子产业和电动汽车产业的较慢发展,对锂离子电池的能量密度明确提出更高的拒绝。而锂离子电池的能量密度主要各不相同负极活性物质和负极活性物质的比容量,传统的石墨材料理论比容量仅有为372mAh/g,相比之下无法满高比能锂离子电池的市场需求,因此急需研发新型的高容量负极材料。

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锂离子电池经过多年的发展,比能量、倍率性能和安全性性能都获得了很大的提高,但是随着数码电子产业和电动汽车产业的较慢发展,对锂离子电池的能量密度明确提出更高的拒绝。而锂离子电池的能量密度主要各不相同负极活性物质和负极活性物质的比容量,传统的石墨材料理论比容量仅有为372mAh/g,相比之下无法满高比能锂离子电池的市场需求,因此急需研发新型的高容量负极材料。只不过在整个锂离子电池的发展历史中,人们对高性能负极材料的研发也未曾负于,例如硅合金负极材料经过多年的技术发展,早已渐渐成熟期。

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纳米化、石墨外壳等手段,负极补锂工艺和电解液技术的发展,使得硅负极的商业化应用于的时机早已成熟期,但是目前高性能硅负极材料生产技术还被牢牢地掌控在日韩两国的手中,使得中国锂电企业在用于硅基负极材料时恣意受到排挤,高额利润被日韩厂家赚。其他正在研发中,未来将会代替硅负极的高性能负极材料还有金属硫化物负极,例如MoS2等,锡基合金材料,氮掺入石墨材料等。

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尤其是氮掺入石墨材料,在传统的石墨类材料的基础上,经过形貌改建和元素掺入等工艺,可以使得材料的比容量获得很大的提高,近于有期望沦为下一代锂离子电池负极材料。涉及研究表明,石墨类材料的比容量主要各不相同比表面积、孔结构、掺入和缺失等因素,因此对石墨材料性能的提高,必须对材料的结构展开系统的设计。N元素掺入是提高石墨材料容量的有效地方案,通过在石墨材料中含有部分N元素,可以明显的提高石墨材料的比容量,并且可以提高石墨与电解液之间的增生特性,同时N掺入在石墨内部产生了数量众多的缺失,需要作为Li+映射的活性点,减少N掺入石墨材料的比容量。

同时石墨材料一些自身固有的缺失,例如双空位缺失,Stone-Wales缺失等,也需要提升锂离子电池的容量。综上所述,一款理想的是石墨负极材料应当具备一下特点:1)具备3D网状结构,具备微孔或者介孔结构,确保锂离子较慢传输;2)SP2键连接的共价键结构,以确保较慢传导电子的能力;3)优化的掺入元素和缺失的布局,为Li+映射获取更好的活性点位。


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