一支来自上海复旦大学的科研团队日前研制了一款可弹性线型锂离子电池,该立异科技运用两个定向多层壁碳纳米管/氧化锂复合丝线作为电池组的阳极和阴极资料,而且不额定运用集电器以及粘结剂。正如这支科研团队宣布在《运用化学》杂志上的论文所言,新式电池可以编织成轻量化、易曲折、有弹性、安全可靠的织物结构,而且具有很高的能量密度等级。
两根复合丝线合作运用,可以得到可靠性高的电池组,能量密度抵达27瓦时/千克或许17.7毫瓦时/立方厘米,功率密度抵达880瓦/千克或许 0.56瓦/立方厘米,这些数据比传统锂离子薄膜电池反映数据有着数量级上的进步。线型电池曲折才能强且分量较轻,通过100次曲折测验后储电才能可以保存新产品的97%。
得益于改善的绷簧结构,线型电池弹性拔尖;饱尝200次强度抵达100%的拉伸测验,储电功能只是下降16%。立异的线型电池现已被开发成了可拉伸的织物式电池组,未来很有或许得到广泛运用。从前出产线型电化学超级电容器的办法为把两个纤维电极环绕在一起,可是整个体系的功能体现较差,终究也没能成功推行到商场中。
锂离子电池组可以有用地进步能量密度,可是之前的规划并没有考虑过导线的方式。除了效能结构上的难题,锂离子电池的安全问题也是一个重要影响要素:电池在过度充电时,资料锂会构成树枝状结构,有或许穿透阳极,形成整个供电体系的短路,终究引起电池的自燃。这个问题关于线型电池结构显得更为严重,因为运用进程中的拉伸、环绕和曲折更简单形成短路。
0.05毫安电流条件下进行100次充放电测验,1厘米线型电池显现的电能容量坚持才能和库仑功率
处理安全性问题
复旦大学的这支科研团队成功处理了该安全性问题,研制出了高能量密度的线型锂离子电池,而其间的核心技术为一种特别的结构以及运用的资料。阳极和阴极室两根处于平行方位的多层壁碳纳米管纤维,其间一个含有钛酸锂(LTO)颗粒,另一个含有锰酸锂(LMO)颗粒。因为平行的纳米结构和超高导电才能,制作进程不需要运用任何集电器和粘结剂。
电池充电进程中,锂离子从锰酸锂晶格移动到电解液中,终究抵达阳极的钛酸锂晶格中;电池放电进程中,锂离子的运动方向刚好相反。钛酸锂复合电极的运用,使得单质锂和锂离子之间的转化产生在电压1.5伏左右,因而树枝状锂结构生成的概率很小,不会形成短路的产生,然后电池安全性得到保证。
接连碳纳米管的平行摆放规划可以最大程度上操控纳米粒子,而且为电荷传输供给了一条有用途径,充当了集电器的效果。两条电极丝线成平行散布,由一个绝缘物层别离,并被包裹在一个热收缩管中。为了让线型电池赋有弹性,包裹资料可以运用像聚二甲硅氧烷这类弹性纤维,并涂改一薄层胶状电解液。这样的话,不管是长度拉伸到本来的一倍,或许环绕成各式各样的圆圈,都不会引起电池容量的下降。
线型电池可以被出产为很长的纤维,再加工成织物结构,终究以纺织品的方式呈现。