С бурным развитием новой энергетической отрасли твердотельные батареи, как представители следующего поколения аккумуляторных технологий, привлекли большое внимание из-за их более высокой плотности энергии, лучшей безопасности и более длительного срока службы. В разработке твердотельных батарей углеродные материалы играют жизненно важную роль, а их области применения широки и перспективы обширны.
Основные углеродные материалы включают углеродные нанотрубки, графен, проводящую сажу, пористый углерод и т. д., которые могут использоваться в качестве электродных материалов и добавок к электролитам в твердотельных батареях.
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки обладают хорошей проводимостью, высокой удельной площадью поверхности и превосходными механическими свойствами и в основном используются в качестве проводящих агентов в твердотельных батареях. Они могут устанавливать эффективную проводящую сеть между активными материалами и между активными материалами и токосъемниками, снижать контактное сопротивление электродов, ускорять скорость миграции электронов и, таким образом, улучшать производительность заряда и разряда, а также производительность аккумуляторов. Проводящие суспензии углеродных нанотрубок особенно хорошо работают в отрицательных электродах на основе кремния. Их высокая механическая прочность может улучшить стабильность отрицательных электродов на основе кремния, компенсировать недостатки плохой проводимости отрицательных электродов на основе кремния и эффективно смягчить структурный коллапс отрицательных электродов на основе кремния во время деинтеркаляции ионов лития.
Графен
Графен с его уникальной двумерной структурой и превосходными свойствами, такими как высокая подвижность электронов и высокая теоретическая удельная площадь поверхности, играет важную роль во многих аспектах в области твердотельных батарей. Его можно использовать в качестве электродного материала для повышения плотности энергии батареи и стабильности структуры электрода; он также может выступать в качестве проводящей добавки для улучшения характеристик заряда и разряда батареи и снижения внутреннего сопротивления; его также можно использовать для модификации твердых электролитов, улучшения ионной проводимости и подавления роста литиевых дендритов; кроме того, как материал диафрагмы, он может улучшить механические свойства и ионную селективность диафрагмы.
Пористый углерод
Пористый углерод имеет богатую пористую структуру и высокую удельную площадь поверхности и может использоваться в качестве материала углеродного скелета для кремниево-углеродных отрицательных электродов в твердотельных батареях. Его качество имеет решающее значение для производства высококачественных отрицательных электродов из кремния и углерода. Соответствующая пористая углеродная структура может обеспечить буферное пространство для кремния, улучшить стабильность и проводимость композитных материалов из кремния и углерода и может регулировать размер пор, объем пор и пористость в соответствии с различными сценариями применения для удовлетворения требований к производительности батареи.
Проводящая сажа
Проводящая сажа является широко используемым проводящим агентом, в основном используемым в положительных электродах и некоторых отрицательных электродах батарей. Она обладает превосходной проводимостью и большой площадью поверхности, может создавать проводящую сеть внутри электрода, улучшать способность передачи электронов внутри электрода, а богатые поры помогают поглощать электролиты и создавать каналы миграции ионов лития, тем самым улучшая скорость разряда и циклическую стабильность батареи.
В процессе разработки твердотельных батарей углеродные материалы заняли незаменимую ключевую позицию. Они широко используются в электродных материалах, добавках к электролитам и т. д., что значительно улучшает производительность твердотельных батарей. Многие компании продолжают фокусироваться на исследованиях и разработках углеродных материалов, постоянно совершают технологические прорывы и продвигают технологию твердотельных аккумуляторов на более высокий уровень. В будущем углеродные материалы заложат прочную основу для крупномасштабного коммерческого применения твердотельных аккумуляторов, тем самым продвигая новую энергетическую отрасль на более блестящую стадию развития и помогая зеленой трансформации глобальной энергетической структуры.