纳米技术在锂离子电池中的应用

锂离子电池作为高效的能量存储组件，已广泛应用于消费电子领域。锂离子电池已用于手机和笔记本电脑。锂离子电池由于其超高的储能密度而取得了如此出色的成绩。并具有良好的安全性能。随着技术的不断发展，锂离子电池的能量密度和功率密度也不断提高，其中纳米技术做出了不可磨灭的贡献。由于LiFePO4的电导率较差，为了提高其电导率，人们将其制备为纳米颗粒，从而大大提高了LiFePO4的电化学性能。另外，硅负极也是纳米技术的受益者。纳米硅颗粒可以很好地抑制锂在嵌入过程中的体积膨胀，并改善硅材料的循环性能。

阴极材料
1.LiFePO4材料
LiFePO4材料具有良好的热稳定性和低成本。由于LiFePO4材料内部独特的共价键结构，LFP材料的电子电导率非常低，这限制了其高倍率的充电和放电性能。为此，将LFP材料制成纳米颗粒并用诸如导电材料，导电聚合物和金属的材料涂覆。另外，通过将非化学计量的固溶体掺杂方法结合到纳米LFP颗粒中，可以将LFP纳米颗粒的电子电导率增加108，从而可以在3分钟内对LFP材料进行充电和放电。这对于电动汽车尤其重要。

2.抑制LiMn2O4材料分解
LMO材料具有三维Li +扩散通道，因此具有很高的离子扩散系数。但是，Mn3 +是在低SoC状态下形成的。由于乔恩-泰勒效应的存在，LMO结构不稳定。 Mn元素的一部分溶解在电解质中，并最终沉积在负极表面上，这破坏了SEI膜的结构。可以在LMO中添加一些低成本的主族金属离子来替代部分Mn，从而在低SoC中提高Mn元素的价态并减少Mn3 +。 LMO材料颗粒的表面也可以涂覆有厚度为10-20nm的氧化物和氟化物层。

3.抑制NMC的化学活性
NMC材料（特别是高镍NMC材料）的比容量可以高达200mAh / g或更高，并且它们具有非常好的循环性能。然而，NMC材料在充电状态下极易受到电解质氧化的影响。为了抑制高镍NMC材料和电解质的反应性，该材料涂覆有纳米颗粒，以避免材料颗粒和电解质之间的直接接触。大大提高了材料的循环寿命。另外，具有核-壳结构的纳米颗粒也是降低反应性的有效方法。高Mn壳具有良好的稳定性，但是容量低，并且高镍芯容量高，但是反应性大。

阳极材料
1.石墨材料保护
石墨材料的锂插入电压低，非常适合用作锂离子电池的负极材料。掺杂锂的石墨具有很强的反应性，并且会与有机电解质发生反应，从而导致石墨片脱落并导致电解质分解。尽管SEI膜可以抑制电解质的分解，但SEI膜并非100％耐石墨负极。形式保护。常见的石墨表面保护方法包括表面氧化和纳米涂层技术。

纳米涂层技术包括三类：无定形碳，金属和金属氧化物。其中，非晶碳主要通过真空化学沉积CVD法获得，其成本低并且适合于大规模生产。金属和金属氧化物纳米涂层主要通过湿化学方法获得，可以很好地保护石墨并防止电解质分解。

2.提高钛酸锂LTO和TiO2材料的速率性能
LTO材料具有很高的安全性，在锂的嵌入和脱嵌过程中不会产生应力，并且锂的嵌入电位很高，不会引起电解质的分解。这是一种非常出色的阳极材料。然而，LTO材料具有低的比容量以及低的电子和离子电导率。目前，纳米技术主要利用粒子纳米技术，纳米涂层技术以及LTO纳米材料和导电材料在LTO上的复合应用。 LTO材料的纳米化可以有效减少Li +的扩散距离，增加与电解质的接触面积，增强电荷交换。