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

对许多便携式设备和电动汽车来说，锂离子电池是主要充电电源。但这种电池的用途有限，因为它不能既提供高功率输出，又支持可逆储能。据外媒报道，最近的研究提供了一项解决方案，通过加入导电填充物来改善电池性能。

（图片来源：aip）

最佳电池设计涉及到通过厚电极结构来提高能量密度，但是这种设计的锂离子传输能力差，影响电极发挥关键作用。为了促进锂离子传输，研究人员尝试过各种改进技术，包括建立垂直排列的通道或制造适当大小的孔。

另一种方法是采用由具有导电性的碳制成的填充物。此项研究考虑三类填充物：单壁碳纳米管(SWCNT)、石墨烯纳米片和Super P材料。Super P是在石油前体氧化过程中产生的一种碳黑颗粒，也是锂离子电池中最常用的导电填料。

研究人员将这些填充物分别添加到NCM（镍、钴和锰）电极材料中，并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。而SWCNT被包裹在NCM颗粒周围，形成导电涂层。此外，在NCM粒子之间的空隙中，可以观察到相互连接的SWCNT网络。石墨烯纳米片也包裹在NCM电极颗粒上，但不如SWCNT那样均匀。

结果表明，对NCM电极来说，SWCNT称得上是最佳导电填充物。研究人员Guihua Yu称：“所测得的电导率符合渗透理论。在绝缘基质中加入导电填充物，当穿过复合材料的第一个导电通道形成时，电导率就会显著增加。”由于渗流需要穿过填充物的完整路径，因此需要有足够的导电填充物。研究人员考虑到不同的填充量，发现当SWCNT质量比达到0.16%时，NCM电极表现出良好的导电性。而要实现同样的效果，需要更多的Super P和石墨烯。

研究人员通过若干光谱技术，如拉曼光谱和X射线吸收光谱，来研究所得到的复合材料。Yu说：“我们的研究结果表明，将SWCNT加入NCM电极中，能够促进离子和电荷转移，提高电化学利用率，特别是在放电率高的情况下。”