厦门大学李君涛&周尧Carbon Energy综述:碳纳米管在锂离子电池中的应用与挑战

科技   2024-12-18 16:30   河北  





Carbon Energy


研 究 背 景



储能电站和电动汽车的快速发展,对可充电锂电池在能量密度、倍率性能、安全性、成本、可持续性和环境友好性等方面提出了很高的要求。具有优异电化学性能和独特机械性能的碳纳米管(CNTs)在锂电池中的应用得到了广泛而深入的研究,包括CNTs作为独立阳极、导电添加剂和集流体等方面的应用。当CNTs以相对较大的质量分数使用时,广泛的固-液界面反应决定了所得到的固体电解质界面的质量,这可能是阻碍CNTs作为阴极集流体商业化的问题来源。


成 果 介 绍



近日,厦门大学李君涛教授和周尧教授作为共同通讯作者,在Carbon Energy期刊上发表题为“A review on applications and challenges of carbon nanotubes in lithium‐ion battery”的综述文章。与以往主要探讨碳纳米管(CNTs)作为锂电池中导电添加剂的研究不同,本综述更关注对CNTs内外不同的锂离子吸附和插入机理;详细分析了CNTs管的结构特征(包括CNTs的长度、缺陷密度、直径和壁厚)和电解质组成(溶剂类型、阳离子和功能添加剂)对固体-电解质界面反应的影响。本文还讨论了如何优化各种复合电极中CNTs与其他固体组分之间的固-固界面。通过强调这种结构-性能关系的重要性,阐明了CNTs在各种先进锂电池中应用的优缺点。


研 究 亮 点



1.CNTs作为锂电池中活性阳极材料的储锂机制:通过对比石墨,讨论了CNTs与溶剂化锂阳离子在阳极中的相互作用。

2.深入讨论了由CNTs位置、结构特征(如缺陷密度、直径、管长、层数)和电解质组成调节的界面反应。

3.概述了CNTs作为复合阳极、复合阴极和导电添加剂在锂电池中的应用,着重总结了CNTs作为锂电池集流体的应用和亟待解决的问题以及处理策略。


图 文 解 析



图1:CNTs在锂离子电池中的应用

图2:纯SWCNTs的簇模型

图3:Si/CNTs锂电池复合阳极

图4:金属氧化物/CNTs锂电池复合阳极

图5:商业化的含CNTs阴极

图6:CNTs基复合硫阴极

图7:基于CNTs的柔性电极集流体

图8:基于CNTs的柔性集成电极

图9:基于CNTs的锂离子电池阳极集流体界面反应的处理策略

图10:Na箔和Na+基电解质之间的局部氧化还原取代反应在CNTs集流体上形成了富NaF的钝化层


研 究 小 结



本文综述CNTs作为锂电池阴极或阳极功能组分的应用机理和面临的挑战。尤其概述作为锂电池中独立柔性电极时,由CNTs本身特性和电解质成分引发的一系列问题,并提出了相应的解决思路和一些可行的解决策略,总结了未来CNTs在锂电池中应用时应考虑的科学性问题。




相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy,点击“阅读原文”查看论文。


论文标题:

A review on applications and challenges of carbon nanotubes in lithium‐ion battery


文章研究方向:

锂离子电池— —碳纳米管在锂离子电池中的应用


论文网址:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.643


DOI: 10.1002/cey2.643


信息来源:Carbon Energy




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