據(jù)了解,美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥工程學(xué)院(the University of Illinois at Chicago College of Engineering)的研究人員表示,用石墨烯包裹陰極材料之所以能大幅度提高鋰電池安全性,是因?yàn)槭┠芪邚碾姵刂饡r(shí)氧氣,進(jìn)而減小起火風(fēng)險(xiǎn)。
鋰電池安全性不高的主要原因在于電池快速循環(huán)或充放電,以及內(nèi)部聚集大量的熱能,從而導(dǎo)致電池陰極(一般而言,陰極含有鋰氧化物,如鋰鈷氧化物)分解,釋放氧氣。值得注意的是,電解質(zhì)屬于易燃品,如果在高溫下與氧氣相結(jié)合,就會(huì)發(fā)生自燃。
伊利諾伊大學(xué)芝加哥工程學(xué)院機(jī)械和工業(yè)工程副教授兼該論文的通訊作者Reza Shahbazian-Yassar說(shuō),用石墨烯包裹陰極的方法,可有效防止陰極釋放氧氣與易燃電解質(zhì)相結(jié)合,使起火概率降低。
石墨烯超薄碳原子層具有獨(dú)特性質(zhì),如高強(qiáng)度、好柔韌性、良好導(dǎo)電性等,能禁止氧原子滲出,這意味著能阻止氧氣與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
在研究過(guò)程中,研究員發(fā)現(xiàn)有石墨烯包裹的鈷酸鋰顆粒比未包裹石墨烯的顆粒,在高溫下,氧氣釋放量明顯減少。即使在200次充放電循環(huán)后,該鋰電池的表現(xiàn)仍然極佳,同時(shí),電池具有較好的容量循環(huán)穩(wěn)定性。
除了用石墨烯包裹陰極能升高鋰電池安全性能外,還可以用納米氧化鎢薄膜制備陰極材料。這是由于氧化鎢薄膜有具有較強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性,較低的熱膨脹系數(shù),以及高結(jié)晶度。