A negatív elektróda anyagok alapvető ismerete - grafit anyagok

A negatív elektróda anyagok alapvető ismerete - grafit anyagok
A grafit az egyik legkorábbi szén-dioxid-negatív elektródaanyag, amelyet a lítium-ion akkumulátorokban használnak. Jó vezetőképessége, magas kristályossággal és jó rétegű szerkezete van. Nagyon alkalmas a lítium-ionok beillesztésére/extrahálására, hogy lítium-grafit-interlayer vegyületeket képezzenek. A töltés-kisülés-specifikus kapacitás több mint 300 mA-H/g-t érhet el, a töltés-ürítés hatékonysága meghaladja a 90%-ot, és a visszafordíthatatlan kapacitás kevesebb, mint 50 mA • H/g. A grafit lítium -extrakciós reakciója körülbelül 0 ~ 0,25 V -nél fordul elő (vs. Li+/LI). Jó töltés-kisülési potenciális platformja van, és számos pozitív elektródaanyagot, beleértve a LIMN2O4-et is, megfelel. Az akkumulátor átlagos kimeneti feszültsége magas. Jelenleg a legszélesebb körben használt negatív elektróda anyag a lítium-ion akkumulátorokhoz. A grafit a hatszögletű kristályrendszerhez tartozik. Kristályai hatszögletű háló síkokból állnak, amelyek szénatomokból állnak, és rendszeresen vannak rakva. Réteges szerkezetű.
Mindegyik rétegben a szénatomok hatszögben vannak elrendezve, és az egyes szénatomokat kovalensen kötik három szomszédos szénatomhoz, SP2 hibrid pályával, és a fennmaradó p -pályán lévő elektronok delokalizált kötéseket. Jelenleg a piacon lévő grafit alapú szénanyagai elsősorban a következő kategóriákat tartalmazzák: erősen grafitizált mezofázisú szén mikrogömbök (MCMB), grafitizált szálak, mesterséges grafit és természetes grafit.

Az MCMB gömb alakú, nagy halmozódási sűrűséggel, erősen rendezett réteg egymásra rakási struktúrával és viszonylag nagy lítium -beágyazási kapacitással rendelkezik egységenként. Először a japán Osaka Gas Company fejlesztette ki és gyártotta, és negatív elektróda anyagként használják a lítium-ion akkumulátorokhoz. Az MCMB -nek sima felülete és kis specifikus felülete van, amely csökkentheti az elektróda határ reakcióinak előfordulását a töltés és a kisülés során, ezáltal csökkentve a kapacitásvesztést az első töltési folyamat során; Ezenkívül a kis golyó lamelláris szerkezete van, amely elősegíti a lítium-ionok beágyazását és beágyazását a golyó minden irányából, csökkentve a grafit anyagok túlzott anizotropia duzzanatát és összeomlását, és így bizonyos gyors és nagy áramú töltési és mentesítési kapacitással rendelkezik. Az erősen grafitizált MCMB -t úgy kapjuk meg, hogy a szénkátrány -hangmagasság szerves anyagát termikus polikondenzációnak vetik alá, hogy mezofázisú széngömböket kapjunk, amelyeket oldószer -extrakcióval és más módszerekkel tisztítanak, majd hőkezeléssel. A lítium-ion akkumulátorok negatív elektróda anyagjaként az MCMB nagy hatással van a lítium beillesztési teljesítményére a hőkezelés hőmérséklete és az idő miatt. Az MCMB az egyik fő negatív elektródaanyag, amelyet jelenleg a hosszú élettartamú kis lítium-ion akkumulátorokban és az energiatériumokban használnak, de fő problémái az alacsony fajta kapacitás és a magas ár.

Az MCMB -n kívül vannak olyan mesterséges grafit más formái is, amelyek grafitizálható szénből készülnek. A gőzzel depozált grafitszál egy grafitált szálas anyag, amely cső alakú üreges szerkezetű. A lítium-ion akkumulátorok negatív elektróda anyagjaként a kisülés-specifikus kapacitás több mint 320 mA-H/g, a kezdeti töltés és a kisülési hatékonyság 93%. Más szén- vagy grafit negatív elektródaanyagokkal összehasonlítva a lítium-ion akkumulátorok, amelyek negatív elektródaként gőzzel lerakódott grafitrostot használnak, kiválóabb nagy áramkibocsátási teljesítményt és alacsony hőmérsékleti kisülési teljesítményt és hosszabb ciklusú élettartamot mutatnak. A gázfázisú lerakódott grafitszálas anyagok és a magas anyagköltségek komplex előkészítési folyamata miatt azonban a lítium-ion akkumulátorokban történő nagyméretű alkalmazása bizonyos korlátozásoknak van kitéve. A könnyen grafitizált szén, például a kőolajkoksz és a magas hőmérsékletű grafitizációs kezelés doppingjával, szerkezeti beállításával vagy felületi módosításával előállított mesterséges grafit jó ciklus teljesítményével és árral alacsonyabb, mint az MCMB. Jelenleg Japán és más országok megkezdték a tényleges termelést és felhasználást. A grafit sok hátránya is negatív elektróda, például: a SEI -film a töltési és kisülési ciklus során képződik, ami a mátrix -bővítést és a kapacitásvesztést okozza, miközben a grafitréteg levágja és csökkenti az életet; A grafit anyag rossz kompatibilitással rendelkezik a PC oldószerrel; A li* csak beágyazható és kivonható a pelyhek határából, és a kis beágyazási/extrakciós reakcióhely és a hosszú diffúziós út miatt ez nem alkalmas nagy áram töltésre és kisülésre; A grafit hőkezelési hőmérsékletnek általában 2000c felett kell lennie, ami növeli a termelési költségeket; Amikor a potenciál eléri a 0v vagy annál alacsonyabbat, a fém lítium lerakható a grafit elektródon. A módosítatlan grafit fenti hátrányai miatt a módosított grafitot a gyakorlatban széles körben használják. Közülük a felületi bevonat, a kémiai módosítás és a gömbizálás jelenleg a fő kezelési módszerek. A felületi bevonat magában foglalja a szerves bevonatot és a szervetlen bevonatot, és a kémiai módosítás elsősorban magában foglalja az oxidációt, a redukciót és a felületi kémiai módosítást.