研究人员用碳填充物改善锂离子电池性能 显著提升电导率

对于许多便携式设备和电动汽车来说，锂离子电池是主要的充电电源。但这种类型的电池的使用是有限的，因为它不能同时提供高功率输出和可逆能量存储。据外媒报道，最近的研究提供了一种通过添加导电填料来提高电池性能的解决方案。

最佳的电池设计涉及通过厚电极结构增加能量密度，但这种设计较差的锂离子传输能力影响了电极的关键作用。为了促进锂离子传输，研究人员尝试了各种改进技术，包括建立垂直排列的通道或制造适当尺寸的孔。另一种方法是使用由导电碳制成的填料。本研究考虑了三种类型的填料：单壁碳纳米管（SWCNTs）、石墨烯纳米片和超级P材料。Super P是一种在石油前体氧化过程中产生的炭黑颗粒，也是锂离子电池中最常用的导电填料。研究人员将这些填料添加到NCM电极材料中，并使用扫描电子显微镜观察复合材料。他们发现SuperP和NCM粒子是以点对点接触的方式排列的。SWCNT包裹在NCM颗粒周围，形成导电涂层。此外，在NCM颗粒之间的间隙中可以观察到互连的SWCNT网络。石墨烯纳米片也包裹在NCM电极颗粒周围，但不如SWCNT均匀。结果表明，SWCNT是NCM电极的最佳导电填料。研究员余桂华说：“测量的电导率符合渗透理论。通过在绝缘基体中添加导电填料，当复合材料的第一个导电通道形成时，电导率会显著增加。”由于渗透需要通过填料的完整路径，因此需要足够的导电填料。研究人员考虑了不同的填充量，发现当SWCNT的质量比达到0.16%时，NCM电极表现出良好的导电性。为了达到同样的效果，需要更多的超级P和石墨烯。研究人员使用多种光谱技术，如拉曼光谱和X射线吸收光谱，来研究由此产生的复合材料。Yu说：“我们的研究结果表明，在NCM电极中添加SWCNT可以促进离子和电荷转移，提高电化学利用率，尤其是在高放电速率下

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