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买球的app:华科大黄云辉、许恒辉等《AFM》:复合集流体三维导电中间层设计实现高比能、安全锂离子电池
发布时间:2025-03-08 18:54:42

  十大买球平台十大买球平台复合集流体质量轻,厚度薄,能够较好的提升电池安全性能。然而,复合集流体绝缘聚合物中间层的使用严重限制了电流在两金属层之间的相互传导。为了克服聚合物中间层的不导电性,电池组装过程需要增加额外的导电组件以及采用复杂的极耳焊接方式。最终导致非活性组分在电池中的占比增加,降低了电池能量密度,限制复合集流体在电池中的实际应用。

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  传统的复合集流体使用不导电的聚合物作为中间层,电流只能在两个金属镀层内的独立传输。具有三维导电中间层的复合集流体,聚合物层内交织的碳纳米管(CNTs)结构实现了电流在两个金属镀层之间的快速传导,简化了电池组装所需的极耳数量和电池组装过程。同时,相比商业金属集流体,该复合集流体面密度降低了近56.7%。

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  与商业金属铜或金属铝集流体相比,通过磁控溅射制备的复合集流体的表面更加平整。此外,CNTs的加入增强了金属层和聚合物层之间的结合力,具有三维导电中间层的复合集流体显示出更好的界面结合力。更重要的是CNTs的加入实现了电流在复合集流体两层薄的金属层之间的高效传导。

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  传统复合集流体在进行半电池组装时必须使用额外的导电组件或者采用复杂的极耳焊接方式。这不仅削弱了复合集流体对电池能量密度的提升,而且使得电池组装过程复杂化。相比之下,具有三维导电中间层的复合集流体在进行半电池组装时不需要额外的导电组件,焊接方式简单,并且电池各项性能与商业金属集流体相当,具有突出的安全性能。然而,传统复合集流体由于绝缘聚合物作为中间层,采用相同方式组装软包电池时,电池无法正常工作。

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  使用三维导电中间层的复合集流体组装的电池能量密度比使用商业金属集流体组装电池的能量密度提高了9.0%。进一步的理论计算表明使用三维导电中间层的复合集流体能实现最大12.5%的能量密度提升。

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  CNTs的加入显著提升了复合集流体的抗拉强度,同时断裂延伸率显著减小。采用不易变形的三维导电中间层复合集流体组装电池受到外力时其断裂截面相对整齐,实现了电池内部导电部件之间不接触,确保了电池的安全性不恶化。

  三维导电中间层设计不仅实现了电流在复合集流体两层薄金属镀层之间的高效相互传导,增强了聚合物层与金属层之间的结合力,提升了复合集流体抗拉强度,提高了电池的整体能量密度,实现了较好的电池安全性能。

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