量化电导率对纳米复合电池电极倍率性能的影响
化学物理
2019-12-06 v1 材料科学
摘要
尽管众所周知电极电导率对电池电极的倍率性能有关键影响，但这一关系仅通过计算机模拟被量化。在此，我们研究锂镍锰钴氧化物（NMC）正极中电极电导率与倍率性能的关系，该正极填充了不同量的炭黑、单壁碳纳米管和石墨烯。电极电导率始终极具各向异性，与倍率性能最相关的面外电导率约为面内电导率的1/1000。对于所有填料，电导率随填料负载增加而上升，尽管纳米管填充电极显示出迄今为止最快速的增长。拟合容量-倍率曲线得到了与充放电相关的特征时间。该参数随面外电导率倒数线性增加，所有数据点落于同一主曲线上。利用特征时间的简单机理模型，我们推导出一个方程，其以无可调参数几乎完美匹配实验数据。这意味着提高电极电导率通过减小电极的RC充电时间来改善倍率性能。该模型显示，一旦电极面外电导率超过1 S/m，电极电阻对倍率性能的影响在几乎所有情况下变得可忽略。我们的结果表明，这可以通过在电极中包含<1wt%单壁碳纳米管来实现。
引用
@article{arxiv.1912.02485,
title = {Quantifying the effect of electrical conductivity on the rate-performance of nanocomposite battery electrodes},
author = {Ruiyuan Tian and Nolito Alcala and Stephen JK ONeill and Dominik Horvath and Joao Coelho and Aideen Griffin and Yan Zhang and Valeria Nicolosi and Colm ODwyer and Jonathan N Coleman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.02485},
year = {2019}
}