超快激光器如何提升锂离子电池性能?
作者:亚博app手机版下载 发布时间:2022-06-28 01:40
本文摘要:新型材料架构和电极表面结构用作高功率动力电池,以提高电池寿命及稳定性。 在过去二十年间,锂离子电池(LIBs)在蓄电池市场作为高效电源新的自由选择应运而生。锂离子电池一般来说被用作储存绿色能源(如太阳能及风能),同时也被作为新能源汽车动力源。 但是,目前仍面对着一些难题,如低生产成本、电池寿命较短、安全性问题及较长电池时间等。其中最主要问题是锂离子电池生产中的电解液增生问题,目前通过持续抽真空及加剧储存方式获得构建。

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新型材料架构和电极表面结构用作高功率动力电池,以提高电池寿命及稳定性。  在过去二十年间,锂离子电池(LIBs)在蓄电池市场作为高效电源新的自由选择应运而生。锂离子电池一般来说被用作储存绿色能源(如太阳能及风能),同时也被作为新能源汽车动力源。

但是,目前仍面对着一些难题,如低生产成本、电池寿命较短、安全性问题及较长电池时间等。其中最主要问题是锂离子电池生产中的电解液增生问题,目前通过持续抽真空及加剧储存方式获得构建。

电极不充份增生将造成产品故障率提高,同时也不会增加电池容量及寿命。  3D电极架构的发展沦为锂离子电池解决电池性能涉及问题(例如功率损耗或低电极电阻)及热水解的新方案。3D电池可以构建大面积能量容量,同时维持低能量密度。标准化的方法时,在薄膜电极沉积之前,3D结构电极基底(集电器)。

然而意外的是,该方法尚能正处于薄膜微电池仿真电极早期阶段。此外,该方法可扩展性劣,并不限于于厚膜填充电极或大电极领域。  在卡尔斯鲁厄理工学院,我们研发了新一代3D电极结构技术,限于于所有类型的锂离子电池(还包括薄膜电池及高能高功率电池)。通过该方法,我们首次利用激光辅助加工来转录电极材料本身。

为了超过这个目的,我们创建了有所不同的激光加工技术来减少活性表面积,例如电极激光辅助自的组织结构化和必要结构化。第一种方法可用作电极面积较小的薄膜及厚膜电池(钮扣电池)。

第二种方法可用作电极覆盖面积较小的电池(软包电池)。  我们通过248nm准分子激光器消融产生自的组织表面结构。如图1右图,锂钴氧化物和锂镍锰钴氧化物(NMC)厚膜及薄膜电极。

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这种自的组织结构化需要构建主要基于材料选择性消融及材料再行沉积。通过激光制图可避免物质损失,我们找到活性表面积可以减少10倍。

同时我们通过用于200ns光纤激光器或380fs超快光纤激光器必要激光结构化构成3D微观结构,如图1b中右图。我们通过周围空气状态掌控结构化过程,并通过排弃系统挤压激光的材料。

  图1激光分解填充电极材料微观结构扫瞄电子显微镜仔细观察图像。(a)自的组织微观结构(通过准分子激光器分解)和(b)通过超快(飞秒)激光结构化构成微柱结构。  为了构成厚膜电极毛细微观结构的纳秒及超快激光结构化方法,很大地增进电解液增生同质化速度。

如图2右图。我们找到适合的结构设计和完全除去电极材料构成的消融区可获取最有效率的毛细传输。

纳秒激光消融并不合适所有类型的电极材料。例如,磷酸铁锂在纳秒激光诱导热效应区再次发生化学物质改变(通过超快激光冻消融可以防止)。此外,相对于纳秒激光,超快激光消融效率更高。

活性材料的损失也能从20%降至高于5%。


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