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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 化學化工區(qū) » 電化學 » 化學電源 » 碳包覆對鋰離子擴散的影響
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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，對此種材料進行碳包覆，會在其表面形成一層薄薄的碳膜，由于碳是導電的，所以有效的提高了材料表面的導電性，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散，這就影響了他的容量問題，這樣其容量應該減小�。〉翘急旧硎怯腥萘康�，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，這樣容量應該增加，但是由于嵌脫鋰材料是在碳里面，我們可以認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，反而提升了其擴散作用（或者說提升其擴散系數） 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商做他們碳包覆的基礎研究，就是想搞清什么晶態(tài)，多厚最好，機理是什么。當然具體內容保密我也不知道，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 個人認為，就表面改性而言，應該不會影響材料本身的擴散系數（擴散系數之于材料應該類似于密度之類的性能，只跟材料本身的結構性能相關），而通常理解的影響擴散是影響了從液相到本體材料之間的鋰離子擴散（延長擴散路徑）。 另外就是我們通常測試擴散系數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，一般認為這樣計算得到的擴散系數為表觀擴散系數，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電性，減少電化學反應傳荷阻抗，個人理解是增大反應時局部鋰離子的濃度梯度，從而加速鋰離子的擴散 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散系數應該遠大于材料晶格中的擴散 |
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散系數，反而是降低了……而且，引用文獻中也有類似的觀點……文章中的結論也很有意思！ |
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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，如果不包覆，副反應的產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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我覺得包上網狀的碳屬于增加電子導電能力，與極片結合更緊密，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體，然后再包一層導電物質，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電性，減少電化學反應傳荷阻抗，個人理解是增大反應時局部鋰離子的濃度梯度，從而加速鋰離子的擴散 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散系數應該遠大于材料晶格中的擴散 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，外部再怎么快，包覆體相結構不變，內部擴散照樣不變……鋰離子在正極材料體相中的擴散 仍 拉低整體反應速率。 |
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shenbinssc10樓2016-07-07 10:40:54
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