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834113604木虫 (正式写手)
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碳包覆对锂离子扩散的影响 已有21人参与
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如题，从做锂电池开始我就一直想不明白，对电池材料进行碳包覆为何会改善电池的性能。 在嵌锂或脱锂材料中，对此种材料进行碳包覆，会在其表面形成一层薄薄的碳膜，由于碳是导电的，所以有效的提高了材料表面的导电性，降低了材料的表面电阻，但是我所说的前提是这些材料是嵌锂或脱锂材料，包覆的碳膜会在第一程度上阻碍锂离子的扩散，这就影响了他的容量问题，这样其容量应该减小啊！但是碳本身是有容量的，如果单纯是1+1的想法，即嵌脱锂材料的容量加上碳本身的容量，这样容量应该增加，但是由于嵌脱锂材料是在碳里面，我们可以认为材料的嵌脱锂会被碳所阻碍，所以我想问的是为什么在碳包覆后，材料的嵌脱锂不仅没有被阻碍，反而提升了其扩散作用（或者说提升其扩散系数） 此外，我们对材料做形貌的意义，其实纳米材料的意义是增加材料的表面积，这样就能减小锂离子的扩散距离，如果在这层距离之间加一层类似增透膜的膜，真的能改善其性能么？难道说锂离子在碳里面是角色类似电子在银材料的角色么？ |
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没这么简单，非常深奥。我国外老板给世界第二大磷酸铁锂生产商做他们碳包覆的基础研究，就是想搞清什么晶态，多厚最好，机理是什么。当然具体内容保密我也不知道，只知道边角料发了两篇nature子期刊，一个博后前后花了三年时间。 发自小木虫Android客户端 |
4楼2016-07-06 21:16:21
shenbinssc
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不是做碳包覆的，简单的说说自己的一些理解 个人认为，就表面改性而言，应该不会影响材料本身的扩散系数（扩散系数之于材料应该类似于密度之类的性能，只跟材料本身的结构性能相关），而通常理解的影响扩散是影响了从液相到本体材料之间的锂离子扩散（延长扩散路径）。 另外就是我们通常测试扩散系数的方法通常是利用宏观电池测试，分析电流、电压等对时间的响应，一般认为这样计算得到的扩散系数为表观扩散系数，这样影响因素更多一些，包括锂离子的浓度梯度分布等 而碳包覆本身提升材料的导电性，减少电化学反应传荷阻抗，个人理解是增大反应时局部锂离子的浓度梯度，从而加速锂离子的扩散 另外包覆的碳材料本身可能是非晶态的，这样锂离子在其间的扩散系数应该远大于材料晶格中的扩散 |
8楼2016-07-07 09:44:48
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这里的有一篇文章，就说了 碳包覆没有提高锂离子扩散系数，反而是降低了……而且，引用文献中也有类似的观点……文章中的结论也很有意思！ |
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2016-07-07 15:06:44, 3.39 M
25楼2016-07-07 15:08:42
jymm
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我觉得这其实也就是包覆的本质问题了。如果单纯考虑炭包在了正极材料表面，那肯定会对锂离子的脱嵌造成不好的影响，因为碳本事的锂离子脱嵌能力相对于阴极材料本身并不好，但包覆为什么会起到作用呢？主要是包覆层会阻止阴极材料与电解液的副反应，如果不包覆，副反应的产物会在阴极表面沉积，溶出的过渡金属离子会在阳极表面沉积，这些都会极大地阻碍锂离子的迁移，而包覆过后，这些都会减轻，因此会有好处，但包覆的量就对结果有较大影响了。 发自小木虫IOS客户端 |
6楼2016-07-06 22:19:17
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我觉得包上网状的碳属于增加电子导电能力，与极片结合更紧密，锂电池里面又不止一个界面，理想的是在材料表面包覆一层快离子导体，然后再包一层导电物质，一个都没做出来，纯属灌水，听听就可以了 发自小木虫Android客户端 |
7楼2016-07-06 23:22:39
2楼2016-07-05 19:29:04
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而碳包覆本身提升材料的导电性，减少电化学反应传荷阻抗，个人理解是增大反应时局部锂离子的浓度梯度，从而加速锂离子的扩散 另外包覆的碳材料本身可能是非晶态的，这样锂离子在其间的扩散系数应该远大于材料晶格中的扩散 针对你说的这两点，要知道，这个就是速度控制步骤的影响了，短板效应，外部再怎么快，包覆体相结构不变，内部扩散照样不变……锂离子在正极材料体相中的扩散 仍 拉低整体反应速率。 |
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shenbinssc10楼2016-07-07 10:40:54
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