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近十年以来,通过对新电极材料和新存储机理的开发研究,基于锂的可重复充电电池(锂离子电池)技术得到了飞跃发展,电池性能不断提高。得益于纳米技术的不断探索发现,传统电池材料存在的许多重难点基础问题极有希望得到解决。
一、纳米技术致力于解决传统电池领域的哪些重大问题?
1. 体积变化导致活性颗粒和电极的开裂与破碎
传统嵌入式电极材料在充放电过程中的体积变化较小。而对于新型的高容量电极材料而言,由于充放电过程中,大量Li物种嵌入和脱嵌,发生巨大的体积变化。经过多次循环之后,活性颗粒和电极材料会开裂和破碎,影响电学传导,并造成容量降低,最终导致电池失效,大大缩短了电池的使用寿命。据报道,合金型负极材料的体积膨胀率中,Si为420%,Ge和Sn为260%,P为300%。而传统的石墨负极只有10%。
图1. 活性颗粒和电极材料在充放电过程中开裂和破碎的过程
那么,纳米技术是如何解决体积变化这个问题的呢?
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