[发明专利]基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池

说明书

本发明公开了一种基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池。所述的二次电池采用等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料为正极，所述的等离子体复合含锂半导体材料为具有等离子体效应的纳米材料掺杂含锂半导体材料所得，且具有等离子体效应的纳米材料与半导体材料具有完全重合或部分重合的光响应范围。正极捕获入射光，并在正极表面产生等离子体来增加外部使用电子总数，提高电池的比容量。本发明的二次电池在等离子体增强作用下，能有效降低电池界面抗阻，增加电极材料的电子电导率，从而提高电池容量。

技术领域

本发明属于二次电池电池技术领域，涉及一种基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池。

背景技术

可充电锂离子电池已广泛应用于各种便携式电子产品，然而随着锂离子电池在工业应用中增长迅速，对其能量密度和功率输出的需求越来越高。现有的电化学储能技术，从成本、工艺、效果等因素综合衡量，还无法满足实际需求。

钴酸锂(LiCoO₂)作为一种性能优异的正极材料，具有高达273.8mAh/g的理论比容量。但是当电压大于4.25V时，LiCoO₂结构发生变化，性能迅速衰减。由于晶体结构不稳定，LiCoO₂材料只能发挥50％的实际容量。通过对LiCoO₂进行掺杂或包覆的改性，可以提高电池的容量以及稳定性。Erchao Meng等人通过纳米银的多重协同作用，LiCoO₂/Ag相对应的有序-无序跃迁信号，LiCoO₂几乎没有观察到，这意味着长时间循环后，高电压下LiCoO₂的结构可能被破坏，从而导致电化学极化增加，容量降低和电压衰减。结果表明，Ag添加剂可延缓LiCoO₂中不可逆的相变。使LiCoO₂/Ag正极通过增强Li离子扩散、电子传输和改善结构稳定性，表现出优异的比容量，以及纳米Ag所实现的倍率性能。LiCoO₂的初始放电比容量通过在3.0-4.5V之间引入100mA·g^-1(～0.7C)的纳米Ag，可将其增加12％，并在100次循环后，放电比容量提高了52％。此外，当电流密度增加到2000mA·g^-1时，LiCoO₂/Ag的比容量保持率达到62％，高于52％的LiCoO₂(Erchao Meng，Bihui Jin，You Hu，et al.Superior lithiumion storage perfprmance of LiCoO₂ cathode at 4.5V enabled by the multiplesynergistic effect of nano-silver[J].Journal of the Electrochemical Society)。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池，该电池能在等离子体增强作用下，有效降低电池界面抗阻，增加电极材料的电导率，从而提高电池容量。

本发明所述的基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池，采用等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料作为正极，所述的等离子体复合含锂半导体材料为具有等离子体效应的纳米材料掺杂含锂半导体材料所得，所述的具有等离子体效应的纳米材料与含锂半导体材料具有完全重合或部分重合的光响应范围，且二次电池的正极壳设有光学窗口或正极薄膜的基底具有透光性，使得当透过光学窗口或正极薄膜的基底的入射光子的频率与正极内的等离子体振荡频率相同时，增强对入射光的吸收作用，在吸收光谱区域中的局域表面形成等离子体共振，以在正极产生等离激元诱导的共振能量转移，产生电子-空穴对，电子转移至负极形成光电流；通过光生电子与二次电池本身的叠加作用，使释放为外部使用的电子的总数增加，提升二次电池的比容量。