Tohoku University and Sumitomo Chemical은 주기적 배터리 반응 동안 메이저 토토 사이트 양극의 악화를 방지하기위한 새로운 메커니즘을 드러냅니다

apr. 27, 2020

Tohoku University의 재료 연구 연구소

Sumitomo Chemical, Co., Ltd.

요약

• 고순도 메이저 토토 사이트 호일의 사용이 충전/방전 공정 중에 고용량 메이저 토토 사이트 양극의 막대한 볼륨 팽창/수축을 성공적으로 제어 할 수 있음을 발견하고 그 메커니즘을 명확히했습니다.
• 고순도 메이저 토토 사이트 호일은“통합 된 양극”일 수 있다고 결정했다. 이는 종래의 흑연 양극의 두 가지 구성 요소, 즉 탄소 재료의 층 구조 (리튬 이온을 설명 함)와 구리 포일 (두 성의 역할을 수집하기위한 기질로서의 기능)을 대체 할 수있다.
• ​​배터리 제조 공정의 높은 성능과 상당한 단순화에 기여했습니다.

Abstract

Research Assovents 교수 Hongyi Li 및 Tetsu Ichitsubo 교수et al.Institute for Materials Research, Tohoku University 및 Sumitomo Chemical의 연구원들은 2019 년 4 월 이후 리튬 이온 충전식 배터리의 고용량을위한 새로운 양극의 연구 및 개발을 공동으로 수행했습니다. 양극.

리튬 이온 충전식 배터리는 캐소드, 양극, 전해질 및 분리기 필름의 4 가지 구성 요소로 구성됩니다. 리튬 이온은 배터리가 충전되거나 방전 될 때 음극과 양극 사이를 이동합니다. 충전 할 때, 양극은 음극에 의해 방출 된 리튬 이온을 가져 가고, 방전시 반대. 탄소 기반 재료는 현재 양극의 주류입니다. 그러나, 주석 및 메이저 토토 사이트과 같은 실리콘 또는 금속의 사용은 고 에너지 밀도 배터리를위한 약속 된 양극 재료로 간주되었다. 왜냐하면 이러한 재료는 동일한 중량 탄소 기반 재료보다 3 ~ 10 배 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있기 때문이다. 더 많은 리튬 이온을 흡수 할 수있는 더 큰 용량에도 불구하고
금속 양극의 적용은 엄청난 양의 변화 (2 ~ 4 배)가 양극의 구조를 파괴 할 수 있기 때문에 교착 상태가되었습니다.

공동 연구 그룹은 고순도 메이저 토토 사이트 호일의 경도를 최적화하면 부피 변화를 제어 하여이 오랜 문제에 대한 해결책을 찾을 수 있음을 발견했습니다. 이 발견은 Tohoku University의 재료 연구소의 우수한 재료 과학 기능과 Sumitomo Chemical이 고순도 메이저 토토 사이트 사업을 통해 현재까지 재배 한 우수한 기술을 통합함으로써 가능해졌습니다. 통합 메이저 토토 사이트 양극이 리튬 이온 배터리의 제조 공정을 크게 간소화 할 수 있으므로 두 조직은 환경에 미치는 영향을 줄이면서 더 높은 용량, 가벼운 무게 및 가격이 낮은 리튬 이온 재충전 용 배터리를 만들 수 있다고 기대합니다. 이러한 연구 결과는 차세대 솔리드 스테이트 배터리, 듀얼 이온 배터리 등에도 적용될 수 있습니다.

재료 연구 연구소, Tohoku University 및 Sumitomo Chemical 연구소 통합 메이저 토토 사이트 양극의 실질적인 구현을위한 공동 연구 노력을 계속하고 지속 가능한 사회의 개발에 기여할 것입니다.

기술 세부 사항

• 충전 과정에서 고순도 메이저 토토 사이트 호일의 경도 최적화는 전체 포일 표면에 리튬 이온의 균일 한 삽입을 가능하게합니다.
• 전면 전체에 걸쳐 메이저 토토 사이트-리튬 화합물 (ALLI)의 균일 한 층이 형성된 후, 농도 구배는 비율이 1-10이지 않더라도 금속 화합물의 내성 조성물의 내성으로 인해 포일 표면과 내부 사이에 형성된다. 이로 인해 포일 내의 메이저 토토 사이트 원소가 얼굴 전체를 가로 질러 표면을 균일하게 이동하여 충전 중 (리튬 삽입) 동안 포일의 두께 치수를 따라 확장이 발생하도록합니다.
• 배출 공정에서 리튬 이온은 리튬 이온의 삽입으로 인해 충전 공정에서 확장 된 메이저 토토 사이트-리튬 화합물 전극 포일의 측면에서 추출된다. 나머지 메이저 토토 사이트은 적당히 줄어들어 원주식 구조를 형성하여 다음 전하 과정을 위해 리튬 이온을 효과적으로 수용합니다.
• 메이저 토토 사이트 호일의 바닥은 전류를 수집하고 안정적인 전극 구조를 유지하는 기존의 흑연 양극의 구리 포일을 대체하는 역할을하는 메이저 토토 사이트 호일의 바닥은 그대로 유지됩니다. 다시 말해, 고순도 메이저 토토 사이트 호일만으로는 2 인의 통합 양극이 될 수 있습니다.

연구는Nature Communications(온라인 버전, 2020 년 4 월 13 일)

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15452-0

출판 세부 사항

저널 : 자연 커뮤니케이션
제목 : 리튬 배터리의 합금 양극의 큰 부피 변형 우회
저자 : H. Li, T. Yamaguchi, S. Matsumoto, H. Hoshikawa, T. Kumagai, N. L. Okamoto, T. Ichitsubo
doi : 10.1038/s41467-020-15452-0

감사의 말

이 작업은 Tohoku University의 재료 연구 연구소와 Sumitomo Chemical Co. Ltd의 공동 연구 프로젝트입니다.

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