锂离子电池具有高能量密度、高功率密度和长轮回寿命等长处，因此在便携式电子装备例如笔记本电脑、手机、数码相机等电子产物中获得普遍利用。最近几年来，跟着新能源与洁净能源汽车的快速成长，对新型动力电池与储能电池的机能和其平安性提出了更高的要求, 并且对电池可耐受各类极端工作前提下的需求也在日趋增加。今朝，为了提高锂离子电池的机能，很多研究都集中在电极材料环球app官网和电解质的开辟和改良上，而对电极和电池布局的设计方面研究较少，特别是对电池要害材料在极端前提下耐受性的研究还鲜有报导。公道的电极布局设计对全部电极内的离子和电子传输路子很是主要，经由过程优化电极的布局，可以提高电极的导电性和其对电解液的浸润等机能，提高电子和离子在全部电极内部的传输速度，进而晋升电池的能量密度和倍率等机能。但是，想要取得既具有杰出的电子/离子传输特征、又具有活性物资高负载量的厚电极是一个很年夜的挑战。另外，电极的布局设计对提高电池的平安性也具有主要的感化。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员率领的团队与华中科技年夜学胡先罗传授率领的团队合作，在前期耐高温、不燃羟基磷灰石超长纳米线基锂离子电池隔阂材料的研究工作根本上(Advanced Materials, 2017, 29, 1703548)，成功研制出一种既可以耐高温、又具有活性物资高负载量的新型磷酸铁锂（UCFR-LFP）复合电极，用在具有高平安性的锂离子电池正极。该UCFR-LFP复合电极是采取羟基磷灰石超长纳米线、科琴黑纳米颗粒，碳纤维和LiFePO4粉末作为原料，经由过程简单的静电辅助自组装方式修环球体育app最新版下载建而成。研究成果注解，在自组装和抽滤进程中，LiFePO4纳米颗粒比力平均地嵌入高导电性且多孔的羟基磷灰石超长纳米线/科琴黑纳米颗粒/碳纤维基底中，从而构成自支持的、具有怪异复合多孔布局的UCFR-LFP电极。这类怪异的复合多孔布局既可以包管活性物资和导电剂之间慎密的导电接触，又可以或许增进电解液在全部电极内部的分散和传输，还可以优化电极的电子和离子传输通道。与传统磷酸铁锂电极比拟，UCFR-LFP复合电极在电化学机能、活性物资负载量、布局不变性和电池平安性方面均表示出优良的机能。另外，UCFR-LFP复合电极还具有优良的热不变性和耐火性，即便在高达1000°C的高温下也能连结其电化学活性和布局完全性。相干研究功效以“Ultrahigh-Capacity and Fire-Resistant LiFePO4-Based Composite Cathodes for Advanced Lithium-Ion Batteries”为题颁发在Advanced环球体育app官网 Energy Materials（影响因子21.875）上。

图1、 UCFR-LFP复合电极的制备示意图

图2、 UCFR-LFP复合电极的理化性质表征

（a，b）UCFR-LFP复合电极在分歧放年夜倍率下的SEM图象；

（c）UCFR-LFP复合电极中Fe、C、Ca和O的 EDX元素散布图象；

（d）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极的电导率；

（e）UCFR-LFP复合电极在分歧曲折前提下的数码照片；

（f）UCFR-LFP复合电极在分歧曲折状况下的导电性演示数码照片；

（g）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极的孔隙率；

（h，i）UCFR-LFP复合电极（h）和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极（i）的电解液浸润和分散机能测试成果。

图3、UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极的电化学机能和动力学阐发

（a）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极在2C电流密度下的轮回机能；

（b）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极的倍任性能；

（c）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极在0.5C电流密度下的充放电曲线；

（d）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极的轮回伏安曲线；

（e）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极的EIS谱图；

（f，g）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极的GITT测试成果。

图4、高活性物资负载量的UCFR-LFP复合电极的微不雅布局和电化学机能

（a–c）高活性物资负载量（36、72和108mg cm–2）的UCFR-LFP复合电极的横截面SEM图象；

（d）在高倍下的SEM图象；

（e）具有分歧活性物资负载量的UCFR-LFP复合电极的轮回机能；

（f）UCFR-LFP-108mg cm–2复合电极在0.9至9 mA cm–2的各类电流密度下的充放电曲线；

（g）UCFR-LFP-36mg cm–2复合电极在3 mA cm–2（0.5C）电流密度下的轮回机能。

图5、 UCFR-LFP复合电极的热不变性和高温工作特征

（a，b）UCFR-LFP复合电极采取的羟基磷灰石超长纳米线（HAP NWs）和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极采取的铝箔（Al foil）和聚偏氟乙烯（PVDF）粘结剂的TG（a）和DSC （b）曲线；

（c）UCFR-LFP复合电极和传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极在分歧热处置温度前提下的数码照片；

（d） UCFR-LFP复合电极怪异的耐火特征，在酒精灯火焰加热10分钟后，UCFR-LFP复合电极仍能较好地连结其布局不变性和导电性；

（e）传统磷酸铁锂（Con-LFP）电极的热不变性测试，在置在酒精灯火焰上10秒后，传统涂布电极很快被烧断；

（f，g）UCFR-LFP复合电极的高温工作特征。

小结

研究人员采取羟基磷灰石超长纳米线，科琴黑纳米颗粒，碳纤维和LiFePO4粉末作为肇端材料，经由过程简略单纯的静电辅助自组装方式修建了一种既可以耐高温、又具有高活性物资负载量的新型磷酸铁锂（UCFR-LFP）复合电极，用在高平安性锂离子电池正极。得益在各修建基元之间的彼此感化，所制得的复合电极可以实现较高的活性物资负载量（最高可达108 mg cm–2）和面积比容量(最高可达16.4 mA h cm–2)，年夜约是传统涂布电极的5倍。除此以外，羟基磷灰石超长纳米线怪异的热不变性还付与该复合电极优良的耐高温、耐火和宽工作温度规模等特征。预期该制备方式还可以拓展到其它电极材料，与工业上利用的造纸工艺近似，易在放年夜出产，显示出杰出的兼容性和现实利用潜力。该研究工尴尬刁难晋升锂离子电池要害材料的热耐受性与平安性和成长可在极端前提下利用的高机能锂离子电池具有主要的意义。