Modification de surface des matériaux d’anode en graphite
Le graphite est le premier matériau d’électrode négative pour batteries lithium-ion à être utilisé commercialement. Après trois décennies de développement, le graphite reste le matériau d’électrode négative le plus fiable et le plus largement utilisé.
Le graphite a une bonne structure en couches, avec des atomes de carbone disposés en forme hexagonale et s’étendant dans une direction bidimensionnelle. En tant que matériau d’électrode négative pour les batteries lithium-ion, le graphite a une sélectivité élevée pour les électrolytes, de mauvaises performances de charge et de décharge à courant élevé. et pendant le premier processus de charge et de décharge, des ions lithium solvatés seront insérés dans les couches intermédiaires de graphite, réduits et décomposés pour produire de nouvelles substances, provoquant une expansion de volume, ce qui peut directement conduire à l’effondrement de la couche de graphite et détériorer les performances de cycle du Par conséquent, il est nécessaire de modifier le graphite pour améliorer sa capacité spécifique réversible, améliorer la qualité du film SEI, augmenter la compatibilité du graphite avec l’électrolyte et améliorer ses performances de cycle. À l’heure actuelle, la modification de surface des électrodes négatives en graphite est principalement. divisé en broyage mécanique à billes, traitement d’oxydation et d’halogénation de surface, revêtement de surface, dopage d’éléments et autres moyens.
Méthode de broyage mécanique à billes
La méthode de broyage mécanique à billes consiste à modifier la structure et la morphologie de la surface de l’électrode négative en graphite par des moyens physiques pour augmenter la surface et la zone de contact, améliorant ainsi l’efficacité de stockage et de libération des ions lithium.
1. Réduire la taille des particules : le broyage mécanique à billes peut réduire considérablement la taille des particules de graphite, de sorte que le matériau de l’électrode négative en graphite ait une plus grande surface spécifique, ce qui favorise la diffusion rapide des ions lithium et améliore les performances de débit. de la batterie.
2. Introduire de nouvelles phases : Au cours du processus de broyage à boulets, les particules de graphite peuvent subir des changements de phase en raison de forces mécaniques, telles que l’introduction de nouvelles phases telles que les phases rhomboédriques.
3. Augmenter la porosité : le broyage à boulets produira également un grand nombre de micropores et de défauts à la surface des particules de graphite. Ces structures poreuses peuvent servir de canaux rapides pour les ions lithium, améliorant ainsi le taux de diffusion des ions lithium et l’efficacité de charge et de décharge. la batterie.
4. Améliorer la conductivité : bien que le broyage mécanique à billes lui-même ne modifie pas directement la conductivité du graphite, en réduisant la taille des particules et en introduisant une structure de pores, le contact entre l’électrode négative en graphite et l’électrolyte peut être plus suffisant, améliorant ainsi la conductivité et performances électrochimiques de la batterie.
Traitement d’oxydation et d’halogénation de surface
Le traitement d’oxydation et d’halogénation peut améliorer les propriétés chimiques interfaciales des matériaux d’électrode négative en graphite.
1. Oxydation de surface
L’oxydation de surface comprend généralement l’oxydation en phase gazeuse et l’oxydation en phase liquide.
2. Halogénation superficielle
Grâce au traitement d’halogénation, une structure CF est formée à la surface du graphite naturel, ce qui peut améliorer la stabilité structurelle du graphite et empêcher les flocons de graphite de tomber pendant le cycle.
Revêtement de surface
La modification du revêtement de surface des matériaux d’électrode négative en graphite comprend principalement le revêtement de matériau carboné, métallique ou non métallique et son revêtement d’oxyde, ainsi que le revêtement polymère dans le but d’améliorer la capacité spécifique réversible, l’efficacité du premier coulomb, les performances de cycle et la charge et décharge à courant élevé. les performances de l’électrode sont obtenues grâce au revêtement de surface.
1. Revêtement en matériau carbone
Une couche de carbone amorphe est appliquée sur la couche externe de graphite pour former un matériau composite C/C avec une structure « noyau-coquille », de sorte que le carbone amorphe entre en contact avec le solvant, évite tout contact direct entre le solvant et le graphite, et empêche l’exfoliation de la couche de graphite provoquée par la co-incorporation des molécules de solvant.
2. Métal ou non métallique et leur revêtement d’oxyde
Le métal et son revêtement d’oxyde sont principalement obtenus en déposant une couche de métal ou d’oxyde métallique sur la surface du graphite. Le revêtement métallique peut augmenter le coefficient de diffusion des ions lithium dans le matériau et améliorer les performances de l’électrode.
Le revêtement d’oxyde non métallique tel que l’Al2O3, l’Al2O3 amorphe recouvrant la surface du graphite peuvent améliorer la mouillabilité de l’électrolyte, réduire la résistance à la diffusion des ions lithium et inhiber efficacement la croissance des dendrites de lithium, améliorant ainsi les propriétés électrochimiques des matériaux en graphite.
3. Revêtement polymère
Les oxydes inorganiques ou les revêtements métalliques sont fragiles, difficiles à recouvrir uniformément et facilement endommagés. Des études ont montré que le graphite recouvert de sels d’acides organiques contenant des doubles liaisons carbone-carbone est plus efficace pour améliorer les performances électrochimiques.