Memahami bahan anoda baterai lithium-grafit bulat

Grafit (mengacu pada batu alam, sama di bawah) adalah sumber daya mineral non-logam. Bahan grafit memiliki berbagai sifat khusus seperti ketahanan suhu tinggi, konduktivitas listrik, konduktivitas termal, pelumasan, stabilitas kimia, plastisitas, dan ketahanan kejut termal. Di antara mereka, grafit sferis adalah produk kelas atas dalam grafit dan digunakan dalam industri strategis yang sedang berkembang seperti kendaraan energi baru, penyimpanan energi, dan perlindungan lingkungan.

Grafit bulat terbuat dari grafit serpihan alami karbon tinggi berkualitas tinggi sebagai bahan baku, dan permukaan grafit dimodifikasi oleh teknologi pemrosesan canggih untuk menghasilkan produk grafit dengan kehalusan dan bentuk berbeda seperti bola oval.

Indikator untuk mengukur grafit bulat

• Indeks kinerja fisik

Ukuran partikel (D50, m), kerapatan tap (g/cm³), luas permukaan spesifik (㎡/g), kelembaban (%), karbon tetap (%)

• Indeks kinerja elektrokimia

Efisiensi Coulomb (%), kapasitas pengisian (mAh/g), masa pakai (siklus)

Keuntungan dan kerugian dari grafit alami

Grafit alam memiliki kelebihan digunakan sebagai bahan elektroda negatif untuk baterai lithium-ion: sumber yang luas, harga rendah, platform tegangan pengisian dan pengosongan rendah, dan kapasitas reversibel tinggi (nilai teoritis 372mAh/g).

Namun, ada banyak masalah dengan grafit sebagai bahan elektroda negatif baterai: kompatibilitas yang buruk dengan pelarut; kinerja buruk dalam pengisian dan pemakaian arus tinggi; selama pengisian dan pengosongan pertama, lapisan grafit terkelupas karena penggabungan bersama molekul pelarut, yang mengarah pada pengurangan masa pakai elektroda.

Pembentukan grafit bulat

Melalui spheroidisasi grafit serpihan, kapasitas spesifik (≥350mAh/g), efisiensi siklus pertama (≥85%) dan kinerja siklus bahan elektroda negatif dapat ditingkatkan secara signifikan.

• Ukuran granularitas

Sebagai bahan elektroda negatif untuk baterai lithium-ion, ukuran partikel D50 paling cocok antara 16 dan 18 m. Jika ukuran partikel terlalu kecil, luas permukaan spesifik akan lebih besar, menyebabkan elektroda negatif mengkonsumsi sejumlah besar Li⁺ selama siklus pertama, sehingga membentuk film antarmuka dielektrik padat, yang merupakan efisiensi pengisian dan pengosongan pertama; Area kontak cairan kecil, yang mempengaruhi kapasitas spesifik elektroda negatif.

• Peralatan produksi grafit bulat

Produksi grafit bulat telah diindustrialisasi. Dalam produksi industri, mesin pembentuk dampak angin terutama digunakan untuk membuat grafit serpihan bulat. Di antara mereka, aliran udara vortex pulverizer adalah peralatan yang umum digunakan. Metode ini memiliki lebih sedikit pengotor selama proses spheroidisasi, tetapi peralatannya berukuran besar, dan jumlah grafitnya besar, dan hasilnya rendah, yang sangat terbatas dalam persiapan laboratorium.

Modifikasi grafit bulat

Ada dua titik awal utama untuk modifikasi:

1. Secara tepat mengurangi luas permukaan spesifik dari penggilingan batu untuk mengurangi kehilangan yang tidak dapat dibalikkan yang disebabkan oleh goresan berlebihan pada film SEI dan penyematan bersama molekul pelarut yang menyebabkan pengelupasan laminar grafit;

2. Memasukkan unsur logam atau non-logam lain ke dalam grafit untuk meningkatkan kapasitas pengisian dan pengosongan grafit.

• Metode pelapisan-meningkatkan kinerja siklus grafit

Metode pelapisan model “core-shell” menggunakan bahan grafit sebagai “inti”, dan “cangkang” dari bahan karbon amorf dilapisi pada permukaannya. Prekursor bahan karbon amorf yang umum digunakan termasuk resin fenolik, resin epoksi dan karbon retak. Jarak lapisan bahan karbon amorf lebih besar dari pada grafit, yang dapat meningkatkan kinerja difusi ion lithium di dalamnya, yang setara dengan membentuk lapisan penyangga ion lithium pada permukaan luar grafit, sehingga meningkatkan arus tinggi kinerja pengisian dan pengosongan bahan grafit.

Metode pelapisan meningkatkan masa pakai baterai, tetapi proses pelapisan saat ini masih memiliki masalah tertentu. Masalah utama yang harus dipecahkan saat ini adalah bagaimana membentuk lapisan pelapis yang lengkap dan seragam di luar grafit dan dikombinasikan dengan baik dengan grafit.

• Metode doping-meningkatkan kapasitas pengisian dan pengosongan grafit

Masuknya unsur-unsur logam atau non-logam tertentu ke dalam bahan karbon akan mengakibatkan perubahan struktur mikro karbon dan keadaan elektronik, yang akan mempengaruhi perilaku penyisipan lithium elektroda karbon. Saat ini yang paling banyak diteliti adalah introduksi boron, silikon, dan fosfor ke dalam bahan karbon. Dan elemen lainnya.

Metode modifikasi lain yang umum digunakan: oksidasi permukaan, pembentukan lapisan logam, penggilingan mekanis

Bahan grafit bulat memiliki konduktivitas listrik yang baik, kristalinitas tinggi, biaya rendah, kapasitas penyisipan lithium teoritis tinggi, potensi muatan dan pelepasan rendah dan kerataan. Ini adalah bagian penting dari bahan anoda baterai lithium-ion dan merupakan bahan katoda untuk produksi baterai lithium-ion di dalam dan luar negeri. Produk pengganti. Ini memiliki konduktivitas listrik dan stabilitas kimia yang sangat baik, kapasitas pengisian dan pengosongan yang tinggi, siklus hidup yang panjang, dan perlindungan lingkungan.

Sumber artikel: Jaringan Bubuk China