研究3D打印电极的磷酸铁锰锂电池材料新进展

本文摘要：可充电锂离子电池因其不具备低的功率密度在能量存储方面扮演着最重要角色。锂离子电池面对的一个关键的挑战就是如何同时构建高倍率性能和容量，这对便携式电子设备、电动车以及可再生能源智能电网都有相当大的影响。 尽管超级电容器需要构建较慢充放电，但是与锂离子电池比起，其容量太低同时成本太高。因此提升锂离子电池倍率性能和容量是锂电研究的热点之一。 北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋课题组最近将磷酸铁锰锂电池材料和3D打印机技术融合，构建了电池的超强高倍率性能和容量。

可充电锂离子电池因其不具备低的功率密度在能量存储方面扮演着最重要角色。锂离子电池面对的一个关键的挑战就是如何同时构建高倍率性能和容量，这对便携式电子设备、电动车以及可再生能源智能电网都有相当大的影响。

尽管超级电容器需要构建较慢充放电，但是与锂离子电池比起，其容量太低同时成本太高。因此提升锂离子电池倍率性能和容量是锂电研究的热点之一。　　北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋课题组最近将磷酸铁锰锂电池材料和3D打印机技术融合，构建了电池的超强高倍率性能和容量。

3D打印机技术在最近几年发展很快，因其需要较慢成型、低成本等特点被广泛应用，同时通过掌控流速和压力需要打印机出有有所不同厚度和宽度的材料，且其皆一性也很好。3D打印机技术在锂离子微电池领域早已有很普遍的应用于，该文章精妙地构建了磷酸铁锰锂电池材料和3D打印机技术的融合，并制取了3D-printing电极，在100C的条件下需要超过108mAhg-1，10C和20C的电流密度下循环1000次有150和140mAhg-1的容量保有。课题组接着利用赝二维隐马尔科夫模型对3D打印机电极和传统电极的实验数据展开分析，第一次阐释了构建锂离子电池高倍率性能的关键因素。结果显示，在100C的电流密度条件下，锂离子体互为蔓延不是影响倍率性能的决策步，然而溶质蔓延、有效地孔隙率、电极厚度等对构建高倍率容量起着了关键作用。

同时，计算出来找到在电极厚度远超过一定范围后，上述因素对等效扩散系数影响相当大，这要求着锂离子电池的整个动力学过程。

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