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834113604木蟲 (正式寫手)
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[交流]
碳包覆對鋰離子擴(kuò)散的影響 已有21人參與
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如題，從做鋰電池開始我就一直想不明白，對電池材料進(jìn)行碳包覆為何會改善電池的性能。 在嵌鋰或脫鋰材料中，對此種材料進(jìn)行碳包覆，會在其表面形成一層薄薄的碳膜，由于碳是導(dǎo)電的，所以有效的提高了材料表面的導(dǎo)電性，降低了材料的表面電阻，但是我所說的前提是這些材料是嵌鋰或脫鋰材料，包覆的碳膜會在第一程度上阻礙鋰離子的擴(kuò)散，這就影響了他的容量問題，這樣其容量應(yīng)該減小啊！但是碳本身是有容量的，如果單純是1+1的想法，即嵌脫鋰材料的容量加上碳本身的容量，這樣容量應(yīng)該增加，但是由于嵌脫鋰材料是在碳里面，我們可以認(rèn)為材料的嵌脫鋰會被碳所阻礙，所以我想問的是為什么在碳包覆后，材料的嵌脫鋰不僅沒有被阻礙，反而提升了其擴(kuò)散作用（或者說提升其擴(kuò)散系數(shù)） 此外，我們對材料做形貌的意義，其實納米材料的意義是增加材料的表面積，這樣就能減小鋰離子的擴(kuò)散距離，如果在這層距離之間加一層類似增透膜的膜，真的能改善其性能么？難道說鋰離子在碳里面是角色類似電子在銀材料的角色么？ |
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沒這么簡單，非常深奧。我國外老板給世界第二大磷酸鐵鋰生產(chǎn)商做他們碳包覆的基礎(chǔ)研究，就是想搞清什么晶態(tài)，多厚最好，機(jī)理是什么。當(dāng)然具體內(nèi)容保密我也不知道，只知道邊角料發(fā)了兩篇nature子期刊，一個博后前后花了三年時間。 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
4樓2016-07-06 21:16:21
shenbinssc
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不是做碳包覆的，簡單的說說自己的一些理解 個人認(rèn)為，就表面改性而言，應(yīng)該不會影響材料本身的擴(kuò)散系數(shù)（擴(kuò)散系數(shù)之于材料應(yīng)該類似于密度之類的性能，只跟材料本身的結(jié)構(gòu)性能相關(guān)），而通常理解的影響擴(kuò)散是影響了從液相到本體材料之間的鋰離子擴(kuò)散（延長擴(kuò)散路徑）。 另外就是我們通常測試擴(kuò)散系數(shù)的方法通常是利用宏觀電池測試，分析電流、電壓等對時間的響應(yīng)，一般認(rèn)為這樣計算得到的擴(kuò)散系數(shù)為表觀擴(kuò)散系數(shù)，這樣影響因素更多一些，包括鋰離子的濃度梯度分布等 而碳包覆本身提升材料的導(dǎo)電性，減少電化學(xué)反應(yīng)傳荷阻抗，個人理解是增大反應(yīng)時局部鋰離子的濃度梯度，從而加速鋰離子的擴(kuò)散 另外包覆的碳材料本身可能是非晶態(tài)的，這樣鋰離子在其間的擴(kuò)散系數(shù)應(yīng)該遠(yuǎn)大于材料晶格中的擴(kuò)散 |
8樓2016-07-07 09:44:48
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這里的有一篇文章，就說了 碳包覆沒有提高鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，反而是降低了……而且，引用文獻(xiàn)中也有類似的觀點……文章中的結(jié)論也很有意思！ |
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2016-07-07 15:06:44, 3.39 M
25樓2016-07-07 15:08:42
jymm
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我覺得這其實也就是包覆的本質(zhì)問題了。如果單純考慮炭包在了正極材料表面，那肯定會對鋰離子的脫嵌造成不好的影響，因為碳本事的鋰離子脫嵌能力相對于陰極材料本身并不好，但包覆為什么會起到作用呢？主要是包覆層會阻止陰極材料與電解液的副反應(yīng)，如果不包覆，副反應(yīng)的產(chǎn)物會在陰極表面沉積，溶出的過渡金屬離子會在陽極表面沉積，這些都會極大地阻礙鋰離子的遷移，而包覆過后，這些都會減輕，因此會有好處，但包覆的量就對結(jié)果有較大影響了。 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
6樓2016-07-06 22:19:17
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我覺得包上網(wǎng)狀的碳屬于增加電子導(dǎo)電能力，與極片結(jié)合更緊密，鋰電池里面又不止一個界面，理想的是在材料表面包覆一層快離子導(dǎo)體，然后再包一層導(dǎo)電物質(zhì)，一個都沒做出來，純屬灌水，聽聽就可以了 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
7樓2016-07-06 23:22:39
2樓2016-07-05 19:29:04
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而碳包覆本身提升材料的導(dǎo)電性，減少電化學(xué)反應(yīng)傳荷阻抗，個人理解是增大反應(yīng)時局部鋰離子的濃度梯度，從而加速鋰離子的擴(kuò)散 另外包覆的碳材料本身可能是非晶態(tài)的，這樣鋰離子在其間的擴(kuò)散系數(shù)應(yīng)該遠(yuǎn)大于材料晶格中的擴(kuò)散 針對你說的這兩點，要知道，這個就是速度控制步驟的影響了，短板效應(yīng)，外部再怎么快，包覆體相結(jié)構(gòu)不變，內(nèi)部擴(kuò)散照樣不變……鋰離子在正極材料體相中的擴(kuò)散 仍 拉低整體反應(yīng)速率。 |
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shenbinssc10樓2016-07-07 10:40:54
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