纳米粉体材料在电池行业中的应用介绍
2020-12-18 17:41:47
一、纳米氧化铝
纳米氧化铝主要应用于钴酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂电池负极涂层。
1、纳米氧化铝用作锂电池电极涂层，可以有效的起到隔热，绝缘的作用，提高安全性能。
2、掺杂到钴酸锂中，可形成固溶体，稳定晶格，提高倍率性能和循环性能。
3、纳米氧化铝对钴酸锂进行包覆，可以提高热稳定性，提高循环性能和耐过充能力，抑制氧的生成和LiPF6的分解，可避免LiCoO2与电解液直接接触，减少电化学比容量损失，从而提高LiCoO2的电化学比容量。
4、纳米氧化铝中铝离子的掺杂，可以提高电池的电压，从而提高电池使用的安全性
5、纳米氧化铝应用于改性进尖晶石锰酸锂材料，生产出的电池可逆容量达到107mAh/克，55C循环200次，容量保持率大于90%，优于国际同类产品水平。
锂电池结构图
二、纳米氢氧化铝
1、纳米氢氧化铝用到锰酸锂，钴酸锂，磷酸铁锂里面显著提高锂电池的循环性能，放电容量，倍率性能，更好的为锂离子的循环提供通道。
2、锂离子电池正极材料中添加适量的纳米氢氧化铝，所得正极材料拥有大于140mAh/g的可逆放电容量，且循环性能良好，并可以提高导电性。
三、纳米二氧化钛
纳米二氧化钛是一种很优异的锂电池原料，其具有嵌锂容量大，毒性小且能耗低，稳定性好、比容量大、循环稳定性好，没副反应，高环保等特性，作为负极材料具有明显的优点。另外，纳米二氧化钛由于光稳定、无毒等性能，已成为研究生产光电太阳能转换电池使用最普遍的材料。
1、纳米二氧化钛能有效降低锂电池的容量衰减，增加锂电池稳定性，提高电化学性能和电池材料的首次放电比容量。
2、降低了LiCoO2在充放电过程中的极化，使材料具有更高的放电电压及更平稳的放电效果。
3、适量的纳米二氧化钛可以疏松状存在，降低了粒子间应力及循环过程中所造成的结构和体积的微小应变，增加电池的稳定性。
太阳能电池
四、纳米二氧化锰
1、纳米二氧化锰作为锂电池负极材料，具有较高的理论比容量（1232mAh/g）、较低的放电平台（约 0.40 V），具有多样的晶体结构可供选择（如α相、β相和γ相），多样化的晶体结构单元组装方式将有利于理解电极材料的结构与性能之间的关联。
2、多孔MnO2纳米材料可以有效地缩短了充放电过程中锂离子至电极材料中心的扩散距离，提供了内部空间以适应充放电过程中的体积变化，从而维持电极材料的结构稳定性；增加了电极材料与电解液的接触面积，有利于实现增加储锂容量。
五、纳米氧化镁
1、锂电池中的应用
在锂离子蓄电池正极材料中添加适量的纳米氧化镁，所得正极材料拥有大于140mAh/g的可逆放电容量，且循环性能良好。在正极材料中使用可以提高导电性，建议添加量0.3-0.5%。
2、锌镍蓄电池中的应用
通过物理混合的方法在锌负极活性物质中掺入氧化镁，可减少充放电极化、减少循环后期的内阻、提高负板活性物质利用率、延长电池循环寿命，适宜添加量为1.0%wt的氧化镁，且添加量不宜超过2.0%。
3、高氯化锌电池中的应用
在正极活性物质中添加少量的氧化镁可以调节电液酸度，减缓自放电,抑制电池气胀,提高贮存性能，且对提高放电容量及促进浆层糊化有独特的效果。建议添加量 0.5-1%，并调节合适的PH值。
4、镉镍蓄电池中的应用
在镉电极中添加适量的氧化镁、氧化锌和氧化铁可提高活性物质利用率；添加氧化镁，三氧化二铟和氧化锌，可提高密封镉镍蓄电池的荷电保持能力
六、纳米氧化锆
纳米氧化锆电池由固态氧化锆电解质（绝大部分为钇稳定氧化锆粉体，简称YSZ）和两个铂电极所组成。钇稳定纳米氧化锆粉体因具有较高的氧离子电导率和氧化还原气氛中理想的稳定性，作为一种理想的电解质，在固体氧化物燃料电池领域得到了广泛应用。具有良好的市场应用前景及商业价值。
1、纳米氧化锆（YSZ）被广泛用于制作固体氧化物燃料电池(SOFC)，氧传感器及微电子设备。
2、电池专用化纳米氧化锆在高温条件下具有较高的氧离子电导率,优良的机械性能以及氧化还原良好的稳定性。
3、电池专用纳米氧化锆覆盖或弥散于合金表面后还可产生活性元素效应,显著改善合金的抗高温氧化性能并大幅度提高氧化膜的粘附性。
4、作为电解质，电池专用作为一种理想的电解质已被广泛地应用于固体氧化物燃料电池中。用于传递反应产生的氧离子，在800~1000摄氏度的高温，离子可以通透陶瓷材料。
5、纳米氧化锆改进制作的氧化锆浓差电池型氧检测器，可以有效的延长产品的使用寿命、提高准确性、减少维护量。
纳米氧化锆粉体
七、纳米氧化锌
纳米氧化锌是一种n型半导体，其带隙为3.3-3.6eV，室温下激子束缚能为60meV，在常温下纳米氧化锌具良好的发光功能，同时纳米氧化锌也具有光电导性和光催化活性，在纳米器件诸如发光二极管、光电二极管、波导器件、气体传感器和光电池等方面有良好的应用前景。另外，纳米氧化锌制备简单，原料容易获得，且电子在纳米氧化锌薄膜中的输运比较容易，其导带与染料LOMO 更加接近,，因此，纳米氧化锌染料敏化薄膜太阳能电池很有应用潜力。
1、纳米氧化锌具有非常大的比表面积和多孔洞的特点，有助于吸附更多的染料，广泛应用于染料敏化电池。
2、纳米氧化锌应用于在太阳能电池表面，可扩展其吸收光谱，以提高太阳能电池的效率。
3、碱锰电池中的电液加入少量的纳米氧化锌，可以抑制锌负极在电液中的自放电。纳米氧化锌在电解液中的分散越均匀，越有利于控制自放电。
八、纳米氧化铁
1、磷酸铁锂电池中的应用：纳米氧化铁作为磷酸铁锂电池的主要成分，具有优良的循环性能、耐高温性能和安全性能。使用氧化铁材料的锂离子电池，与铅酸电池相比，行驶距离提高，功率增大，时速也提高了。
2、镍镉电池上应用：
作为负极材料的纳米氧化铁主要作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，防止结块，并增加极板的容量，使镍镉电池具有良好的大电流放电特性，耐过充放电能力强，维护简单等优点。
九、纳米二氧化硅
纳米二氧化硅按一定比例添加到电池中，可以显著提高电池电化学性能、机械性能、导电率、断裂伸长率、循环性能、寿命等，因此纳米二氧化硅在电池领域具有很高的应用价值。
1、纳米二氧化硅配制出来的胶体电解液，凝胶能力强，粘度适合的，形成的胶体电解液柔软，触变性好，胶体的三维网络结构适中的，电阻小，放电电流大，电容量高，且不会出现水化分层，还可以大大增加胶体的循环寿命。
2、在隔板中添加纳米二氧化硅，可以增大孔径，增加胶体电解液总量。有效防止电解液分层，减小腐蚀速度，提高使用寿命。添加纳米SiO2可以提高隔板的拉伸强度，降低隔板的孔径；当隔板所受的压力大于30kPa时，添加纳米SiO2的隔板的吸液量超过纯玻璃棉隔板；
3、在复合聚合物中添加纳米二氧化硅做成的二次锂电池隔膜具有较高的吸液率、电导率和韧性，电解质吸收率达 184.4%，室温电导率为1.20mS/cm，断裂伸长率高达163%。利用含纳米二氧化硅的复合聚合物隔膜装配的二次锂电池的首放比容量为 834.8mAh/g，循环效率达到 99.8%以上，表现出良好的电化学性能。
4、纳米SiO2可以降低聚合物体系的结晶速率，使其更长时间地保持在无定形相状态。
5、 正负极板之间的粒状纳米二氧化硅能保持电池中电解液的一致性和可通过氧气的空穴，显著降低干水故障。
6、通过原位复合法引入纳米SiO2有利于提高微孔型聚合物电解质的电导率。
7、纳米二氧化硅粒子能吸收液态电解质中的水分，减少了界面反应。
8、聚合物锂电池中通过添加纳米二氧化硅粉体，可以很大地提高电解质膜的微观结构及力学、电学等性能，使电解质隔膜具有很好的电导率和机械强度。
：李波涛