电池材料新品推荐

2023-12-22 18:25:48 默克生命科学


默克目前的研发工作主要致力于电池材料研究和应用市场两大领域。近期我们为科研用户推出了适用于锂电池研发的创新性产品:包括快速充放电的石墨烯复合材料、高容量硅复合材料、即用型试剂和性能增强试剂。

快速充放电的石墨烯复合材料

聚蒽醌硫醚(PAQS)是一种用于新一代储能器件的新型有机材料。PAQS-石墨烯纳米复合材料利用石墨烯优异的导电性和高比表面积,解决了PAQS的电子绝缘问题,并且进一步提高了其在储能应用中的利用率。由于PAQS比无机材料具有更快的氧化还原动力学、高安全性、灵活性和易加工性,PAQS 可以成为可充电电池和超级电容器应用的潜在高功率电极材料。

通过与威斯康星大学密尔沃基分校的合作,我们的研发科学家开发了用于锂离子电池的快速充电石墨烯纳米复合材料(下表)。聚合物/石墨烯复合材料的可行性已在具有液体电解质的传统电池和新兴的全固态电池中得到验证。

● Reduced graphene oxide enhanced PAQS composite for battery (921351)

● Reduced graphene oxide enhanced PMDA composite for battery (921378)

● Reduced graphene oxide enhanced NTCDA composite for battery (921386)

该合成策略在石墨烯上产生了一层均匀的聚合物电池材料涂层,该涂层具有多孔结构和高表面积,因此具有高充电效率,可调电压、无毒、可量产的特点。

快速充电石墨烯聚合物纳米复合材料

• 3-6分钟充电率

• 不含有毒金属

(PAQS)/Graphene

• 可调电压

• 出色的产量

(PMDA)/Graphene

电池阴极-少层石墨烯墨水

默克提供石墨烯增强复合材料作为电池的阴极,以增加电池电导率、提高充电率、提高循环寿命。我们通过与西北大学Mark Hersam 教授合作证明,含有少层石墨烯墨水的乙基纤维素可与活性正极材料组合使用,从而以提高电池性能。

导电油墨(793663) 是一种纳米锂锰氧化物 /石墨烯复合阴极。石墨烯墨水实现了更好的填充密度,这有助于提高电池循环(充电和放电)时的稳定性,从而提高电池的使用寿命。石墨烯作为一种导电添加剂,与普通的锂锰氧化物相比较,有助于更快的反应动力学。

Sigma-Aldrich® 产品货号: 793663

• 乙基纤维素(同时悬浮少层石墨烯) 和电池活性材料(例如 LMO锂锰氧化物)

• 在少层石墨烯存在下,退火将乙基纤维素转化为 sp2碳

Nano Letters, 17, 2539 (2017)

当少层石墨烯墨水与纳米尺寸的锂锰氧化物混合时,退火电极可以成功地抑制锰溶解到电解质中,并显着提高半电池和全电池配置中电池性能的稳定性/可循环性。这主要是由于高质量的少层石墨烯和分解的乙基纤维素在复合电极内形成互连的sp2 碳网络的协同效应。与纯纳米锂锰氧化物的对照相比,这种相互连接的导电通路还降低了电池阻抗,并使电池能够以更高的速率保持更高的容量。此外,与使用纯纳米锰酸锂电极的对照相比,这种复合电极还大大改善了锂离子电池的低温性能。

电池阴极隔膜 & 电解液

相比较传统电池,固态电池具有更高的热稳定性、更简单的架构、更容易组装、更加安全的优点。但是固态电池也面临着离子传导性差、与电极的不良界面、充电速度慢等问题.

常规固体电解质材料及其离子电导率和优缺点:

通过与美国西北大学Mark Hersam 教授的技术平台的合作,我们开发出具有可调粘度的剥离六方氮化硼墨水(简称hbn),可以用于不同的涂层技术,例如低粘度喷墨印刷、高粘度直接墨水书写或刮刀涂层。

Advanced Functional Materials, 29, 1902245 (2019).

Sigma-Aldrich®已上线新品: 产品目录# 901410 (喷墨), 

901349 (刮刀可涂)

使用可刮涂的 hBN/乙基纤维素墨水和“PVDF 粘合剂”,我们能够制造出可用作锂离子电池隔膜的多孔hBN薄膜。与常用的锂离子电池隔膜相比,hBN/EC薄膜不仅可以承受更高的工作温度,而且对大多数电解质的润湿性也更好。

Advanced Functional Materials, 29, 1902245 (2019).

通过将离子液体混合到固体基质中制成复合材料,这些离子凝胶通常是可溶液加工生产的并且具有高离子电导率,缺点是它们的机械性能较差。

我们开发了一种机械强度较高的离子凝胶电解质,即利用剥离的 hBN 作为固体基质。剥离的 hBN 因其绝缘性质、高热稳定性和化学稳定性而成为很好的候选材料,并且由于其低维特性而显着改善了机械性能。在这种情况下,乙基纤维素添加剂热分解成富含 sp3 的碳涂层(而不是石墨烯存在时的 sp2),它是绝缘的,并进一步增强了所得离子凝胶的机械性能。如下图所示,测得的这种离子醇凝胶的机械性能大约是用块状、非剥落氮化硼制成的离子醇凝胶的 100 倍。

由于这种较高机械性,用这种 hBN 离子凝胶电解质制成的锂离子电池在 0.1C 下 6 个月显示出高稳定性和可循环性。

ACS Nano, 13, 9664 (2019).

固态电解质材料

除了以上极富创造力和想象力的新型锂电池材料以外,默克也推出了新的高纯度、细粒度、通过严格的测试、可以对电池研发应用进行优化的高品质固态电解质材料。

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