纳米技术在锂离子电池中的有什么应用

石墨材料嵌锂电压低（0.15-0.25VvsLi+/Li），非常适合作为锂离子电池的负极材料，但是石墨材料也有一些缺点。嵌锂后的石墨具有很强的反应活性，会与有机电解液发生反应，造成石墨片层脱落和电解液分解，SEI膜虽然能够抑制电解液的分解，但是SEI膜并不能100%对石墨负极形成保护。目前常见石墨表面保护办法有表面氧化和纳米涂层技术。

纳米涂层技术包括：无定形碳、金属和金属氧化物三大类，其中无定形碳主要是通过真空化学沉积CVD方法获得，这种方法成本较低，适合大规模生产。金属和金属氧化物纳米涂层主要是通过湿法化学的方法获得（电镀），能够很好的对石墨进行保护，防止电解液分解。

2.提升钛酸锂LTO和TIO2材料的倍率性能

LTO（Li4TI5O12）材料安全性高，Li嵌入和脱嵌过程中不会产生应力，嵌锂电势较高，不会引起电解液的分解，是一种非常优异的负极材料，但是LTO材料还面临一下问题：1）比容量低，理论比容量仅为175mAh/g；2）低电子和离子电导率。目前纳米技术在LTO上主要有以下3方面的应用：1）颗粒纳米化；2）纳米涂层技术；3）LTO纳米材料与导电材料复合。LTO材料纳米化能够有效的降低Li+的扩散距离，并增大LTO于电解液的接触面积。纳米涂层技术能够加强LTO与电解液之间的电荷交换，改善倍率性能。几种常见的纳米涂层技术如下图所示，其中图a表示了纳米TIO2与多孔碳材料的复合结构材料。图b展示的是如何制备LTO+CMK-3介孔碳复合材料的方法。

3.提高硅负极的能量密度

Si材料理论比容量达到3572mAh/g，远高于石墨材料，因此吸引了广泛的关注，但是Si在嵌锂和脱锂的过程中会产生高达300%的体积膨胀，造成颗粒的破碎和活性物质脱落，为了克服这一缺点，人们将Si材料制成纳米颗粒，以便缓解Si颗粒膨胀产生的机械应力。目前其他Si纳米结构包括1维的纳米线，1维纳米线能够与集流体和电解液之间形成良好的接触，并留出足够的空间供Si膨胀，因此该材料的可逆比容量高达2000mAh/g，并具有良好的循环性能。

纳米技术的在Li-S电池的应用

Li-S电池能量密度高，成本低，是非常具有希望的下一代储能电池，但是Li-S电池目前面临的主要问题是S电导率低，以及嵌锂产物溶解的问题，为了解决这一问题人们采用了多种复合纳米材料技术，例如通过将S与多孔中空碳或者金属氧氧化物纳米颗粒复合，可以显著的提高S的稳定性，提高电极的循环性能。此外，S与石墨烯材料的复合也能够显著的提高S负极的循环性能。