Comprendre le graphite sphérique du matériau d’anode de batterie au lithium
Le graphite (se référant à la pierre naturelle, le même ci-dessous) est une ressource minérale non métallique. Les matériaux en graphite ont diverses propriétés spéciales telles que la résistance à haute température, la conductivité électrique, la conductivité thermique, la lubrification, la stabilité chimique, la plasticité et la résistance aux chocs thermiques. Parmi eux, le graphite sphérique est un produit haut de gamme en graphite et est utilisé dans des industries émergentes stratégiques telles que les véhicules à énergie nouvelle, le stockage d’énergie et la protection de l’environnement.
Le graphite sphérique est fait de graphite naturel en flocons à haute teneur en carbone de haute qualité comme matière première, et la surface du graphite est modifiée par une technologie de traitement avancée pour produire des produits en graphite avec différentes finesses et formes comme des sphères ovales.
Indicateurs de mesure du graphite sphérique
- Indice de performance physique
Taille des particules (D50, m), densité après tassement (g/cm³), surface spécifique (㎡/g), humidité (%), carbone fixe (%)
- Indice de performance électrochimique
Efficacité coulombienne (%), capacité de charge (mAh/g), durée de vie (cycles)
Avantages et inconvénients du graphite naturel
Le graphite naturel présente les avantages d’être utilisé comme matériau d’électrode négative pour les batteries lithium-ion : sources larges, prix bas, plate-forme de tension de charge et de décharge faible, et capacité réversible élevée (valeur théorique 372mAh/g).
Cependant, il existe de nombreux problèmes avec le graphite comme matériau d’électrode négative de la batterie : mauvaise compatibilité avec les solvants ; mauvaise performance dans la charge et la décharge à courant élevé ; lors de la première charge et décharge, la couche de graphite est décollée en raison du co-incrustation de molécules de solvant, ce qui entraîne une réduction de la durée de vie de l’électrode.
Formation de graphite sphérique
Grâce à la sphéroïdisation du graphite lamellaire, la capacité spécifique (≥350mAh/g), l’efficacité du premier cycle (≥85%) et les performances du cycle du matériau de l’électrode négative peuvent être considérablement améliorées.
- La taille de la granularité
En tant que matériau d’électrode négative pour les batteries lithium-ion, la granulométrie D50 est la plus appropriée entre 16 et 18 m. Si la taille des particules est trop petite, la surface spécifique sera plus grande, ce qui obligera l’électrode négative à consommer une grande quantité de Li+ pendant le premier cycle, formant ainsi un film interfacial diélectrique solide, qui est le premier rendement de charge et de décharge ; La zone de contact du liquide est petite, ce qui affecte la capacité spécifique de l’électrode négative.
- Équipement de production de graphite sphérique
La production de graphite sphérique s’est industrialisée. Dans la production industrielle, les machines de façonnage à impact de vent sont principalement utilisées pour sphéroïdiser le graphite en paillettes. Parmi eux, le pulvérisateur à vortex à flux d’air est un équipement couramment utilisé. Cette méthode a moins d’impuretés pendant le processus de sphéroïdisation, mais son équipement est de grande taille, la quantité de graphite est importante et le rendement est faible, ce qui est très limité dans la préparation en laboratoire.
Modification du graphite sphérique
Il y a deux points de départ principaux pour la modification :
1. Réduire de manière appropriée la surface spécifique du broyeur à pierre pour réduire la perte irréversible causée par la course excessive du film SEI et le co-incrustation de molécules de solvant qui provoquent le pelage laminaire du graphite ;
2. Introduisez d’autres éléments métalliques ou non métalliques dans le graphite pour augmenter la capacité de charge et de décharge du graphite.
- Méthode de revêtement-améliorer les performances du cycle du graphite
La méthode de revêtement du modèle « noyau-coque » utilise des matériaux de graphite comme « noyau », et une « coque » d’un matériau de carbone amorphe est revêtue sur sa surface. Les précurseurs des matériaux carbonés amorphes couramment utilisés comprennent la résine phénolique, la résine époxy et le carbone craqué. L’espacement des couches des matériaux de carbone amorphe est plus grand que celui du graphite, ce qui peut améliorer les performances de diffusion des ions lithium qu’il contient, ce qui équivaut à former une couche tampon d’ions lithium sur la surface extérieure du graphite, améliorant ainsi le courant élevé performances de charge et de décharge des matériaux en graphite.
La méthode de revêtement améliore la durée de vie de la batterie, mais le processus de revêtement actuel présente encore certains problèmes. Le problème clé à résoudre actuellement est de savoir comment former une couche de revêtement complète et uniforme à l’extérieur du graphite et bien combinée avec le graphite.
- Méthode de dopage-augmenter la capacité de charge et de décharge du graphite
L’introduction de certains éléments métalliques ou non métalliques dans les matériaux carbonés entraînera des modifications de la microstructure du carbone et de l’état électronique, ce qui affectera le comportement d’insertion du lithium des électrodes en carbone. À l’heure actuelle, la plus étudiée est l’introduction de bore, de silicium et de phosphore dans les matériaux carbonés. Et d’autres éléments.
Autres méthodes de modification couramment utilisées : oxydation de surface, formation de couches métalliques, meulage mécanique
Le matériau graphite sphérique a une bonne conductivité électrique, une cristallinité élevée, un faible coût, une capacité d’insertion théorique élevée du lithium, un faible potentiel de charge et de décharge et une planéité. C’est une partie importante du matériau d’anode de batterie lithium-ion et un matériau de cathode pour la production de batteries lithium-ion au pays et à l’étranger. Le produit de remplacement. Il a une excellente conductivité électrique et stabilité chimique, une capacité de charge et de décharge élevée, une longue durée de vie et une protection de l’environnement.