فهم أنود بطارية الليثيوم مادة الجرافيت الكروية

الجرافيت (بالإشارة إلى الحجر الطبيعي ، كما هو موضح أدناه) هو مصدر معدني غير معدني. تتميز مواد الجرافيت بخصائص خاصة مختلفة مثل مقاومة درجات الحرارة العالية ، والتوصيل الكهربائي ، والتوصيل الحراري ، والتشحيم ، والاستقرار الكيميائي ، واللدونة ، ومقاومة الصدمات الحرارية. من بينها ، يعد الجرافيت الكروي منتجًا راقيًا من الجرافيت ويستخدم في الصناعات الناشئة الإستراتيجية مثل مركبات الطاقة الجديدة وتخزين الطاقة وحماية البيئة.

يتكون الجرافيت الكروي من الجرافيت الطبيعي عالي الجودة عالي الكربون كمواد خام ، ويتم تعديل سطح الجرافيت بواسطة تقنية معالجة متقدمة لإنتاج منتجات الجرافيت بنعومة وشكل مختلفين مثل المجالات البيضاوية.

مؤشرات لقياس الجرافيت الكروي

• مؤشر الأداء المادي

حجم الجسيمات (D50 ، ميكرومتر) ، كثافة الصنبور (جم / سم مكعب) ، مساحة السطح المحددة (㎡ / جم) ، الرطوبة (٪) ، الكربون الثابت (٪)

• مؤشر الأداء الكهروكيميائي

كفاءة كولوم (٪) ، سعة الشحن (مللي أمبير / جم) ، دورة الحياة (دورات)

مزايا وعيوب الجرافيت الطبيعي

يتميز الجرافيت الطبيعي بمزايا استخدامه كمادة قطبية سالبة لبطاريات الليثيوم أيون: مصادر واسعة ، وسعر منخفض ، ومنصة جهد شحن وتفريغ منخفض ، وقدرة عكسية عالية (القيمة النظرية 372 مللي أمبير / غرام).

ومع ذلك ، هناك العديد من المشاكل مع الجرافيت باعتباره مادة القطب السالب للبطارية: ضعف التوافق مع المذيبات ؛ أداء ضعيف في الشحن والتفريغ بالتيار العالي ؛ أثناء الشحن والتفريغ الأول ، يتم تقشير طبقة الجرافيت بسبب التضمين المشترك لجزيئات المذيبات ، مما يؤدي إلى تقليل عمر الإلكترود.

تشكيل الجرافيت الكروي

من خلال كروية الجرافيت المتقشر ، يمكن تحسين السعة المحددة (≥350mAh / g) وكفاءة الدورة الأولى (≥85٪) وأداء دورة مادة القطب السالب بشكل كبير.

• حجم التفصيل

نظرًا لكونه مادة قطب كهربي سالب لبطاريات الليثيوم أيون ، فإن حجم الجسيمات D50 هو الأنسب بين 16 و 18 ميكرومتر. إذا كان حجم الجسيمات صغيرًا جدًا ، فستكون مساحة السطح المحددة أكبر ، مما يتسبب في أن يستهلك القطب السالب كمية كبيرة من Li⁺ خلال الدورة الأولى ، مما يؤدي إلى تكوين طبقة صلبة عازلة بين السطح ، وهي أول كفاءة في الشحن والتفريغ ؛ منطقة التلامس السائل صغيرة ، مما يؤثر على السعة المحددة للقطب السالب.

• معدات إنتاج الجرافيت الكروية

تم تصنيع إنتاج الجرافيت الكروي. في الإنتاج الصناعي ، تُستخدم آلات تشكيل تأثير الرياح بشكل أساسي لتكوير الجرافيت المتقشر. من بينها ، آلة طحن دوامة تدفق الهواء هي معدات شائعة الاستخدام. تحتوي هذه الطريقة على شوائب أقل أثناء عملية التكوير ، لكن أجهزتها كبيرة الحجم ، وكمية الجرافيت كبيرة ، والعائد منخفض ، وهو محدود جدًا في التحضير المخبري.

تعديل الجرافيت الكروي

هناك نقطتان لبدء التعديل:

1. تقليل المساحة السطحية المحددة لمطحنة الحجر بشكل مناسب لتقليل الخسارة التي لا رجعة فيها الناتجة عن الضربة المفرطة لفيلم SEI والدمج المشترك لجزيئات المذيبات التي تسبب التقشير الصفحي للجرافيت ؛

2. إدخال عناصر معدنية أو غير فلزية أخرى في الجرافيت لزيادة سعة شحن وتفريغ الجرافيت.

• طريقة الطلاء – تحسين أداء دورة الجرافيت

تستخدم طريقة طلاء نموذج “القشرة الأساسية” مواد الجرافيت باعتبارها “اللب” ، ويتم طلاء “غلاف” مادة الكربون غير المتبلورة على سطحه. تشتمل سلائف مواد الكربون غير المتبلورة الشائعة الاستخدام على راتينج الفينول وراتنج الإيبوكسي والكربون المتصدع. يكون تباعد طبقات مواد الكربون غير المتبلور أكبر من تباعد الجرافيت ، والذي يمكن أن يحسن أداء انتشار أيونات الليثيوم فيه ، وهو ما يعادل تكوين طبقة عازلة من أيونات الليثيوم على السطح الخارجي للجرافيت ، وبالتالي تحسين التيار العالي أداء الشحن والتفريغ لمواد الجرافيت.

تعمل طريقة الطلاء على تحسين عمر دورة البطارية ، لكن عملية الطلاء الحالية لا تزال تواجه بعض المشكلات. المشكلة الرئيسية التي يجب حلها في الوقت الحاضر هي كيفية تشكيل طبقة طلاء كاملة وموحدة خارج الجرافيت ودمجها جيدًا مع الجرافيت.

• طريقة المنشطات – تزيد من سعة شحن وتفريغ الجرافيت

سيؤدي إدخال بعض العناصر المعدنية أو غير المعدنية في مواد الكربون إلى تغييرات في البنية المجهرية للكربون والحالة الإلكترونية ، مما سيؤثر على سلوك إدخال الليثيوم في أقطاب الكربون. في الوقت الحاضر ، الأكثر بحثًا هو إدخال البورون والسيليكون والفوسفور في مواد الكربون. وعناصر أخرى.

طرق تعديل أخرى شائعة الاستخدام: أكسدة السطح ، تشكيل طبقة معدنية ، طحن ميكانيكي

تتميز مادة الجرافيت الكروية بموصلية كهربائية جيدة ، وتبلور عالي ، وتكلفة منخفضة ، وقدرة عالية على إدخال الليثيوم النظري ، وإمكانية شحن وتفريغ منخفضة وتسطيح. إنه جزء مهم من مادة أنود بطارية الليثيوم أيون وهو مادة كاثودية لإنتاج بطارية الليثيوم أيون في الداخل والخارج. المنتج البديل. لديها موصلية كهربائية ممتازة واستقرار كيميائي ، قدرة عالية على الشحن والتفريغ ، دورة حياة طويلة ، وحماية البيئة.