리튬전지 음극재-구형 흑연 이해

12/10/2021
|In 산업 뉴스
|By ALPA Powder

흑연(천연석을 말함, 이하 동일)은 비금속 광물 자원이다. 흑연 재료는 고온 저항, 전기 전도성, 열 전도성, 윤활성, 화학적 안정성, 가소성 및 열 충격 저항과 같은 다양한 특수 특성을 가지고 있습니다. 그 중 구형 흑연은 흑연의 고급 제품으로 신에너지 자동차, 에너지 저장 및 환경 보호와 같은 전략적 신흥 산업에 사용됩니다.

구형 흑연은 고품질의 고탄소 천연 플레이크 흑연을 원료로 하며 흑연 표면은 고급 가공 기술로 수정되어 타원 구형과 같이 다른 입도와 모양의 흑연 제품을 생산합니다.

구형 흑연 측정용 표시기

  • 신체 성능 지수

입도(D50, μm), 탭밀도(g/cm³), 비표면적(㎡/g), 수분(%), 고정탄소(%)

  • 전기화학적 성능 지수

쿨롱 효율(%), 충전 용량(mAh/g), 사이클 수명(사이클)

천연 흑연의 장점과 단점

천연 흑연은 리튬 이온 배터리의 음극 재료로 사용되는 장점이 있습니다. 넓은 소스, 저렴한 가격, 낮은 충방전 전압 플랫폼 및 높은 가역 용량(이론값 372mAh/g)입니다.

그러나 전지의 음극재인 흑연은 용매와의 상용성이 좋지 않은 문제점이 많다. 고전류 충방전 성능 저하; 1차 충방전 시 용매 분자의 공존으로 인해 흑연층이 벗겨져 전극 수명이 단축됩니다.

구형 흑연의 형성

플레이크 흑연의 구상화를 통해 음극 재료의 비 용량(≥350mAh/g), 첫 번째 사이클 효율(≥85%) 및 사이클 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

  • 입도의 크기

리튬이온전지의 음극재로 입자크기 D50은 16~18㎛가 가장 적합하다. 입자 크기가 너무 작으면 비표면적이 커져서 음극이 첫 번째 사이클 동안 많은 양의 Li+ 를 소모하여 고체 유전체 계면막을 형성하며 이것이 첫 번째 충방전 효율입니다. 액체 접촉 면적이 작아서 음극의 비용량에 영향을 줍니다.

  • 구형 흑연 생산 설비

구형 흑연의 생산이 산업화되었습니다. 산업 생산에서 바람 충격 성형 기계는 주로 플레이크 흑연을 구상화하는 데 사용됩니다. 그 중 기류 와류 분쇄기는 일반적으로 사용되는 장비입니다. 이 방법은 구상화 과정에서 불순물이 적으나 장비의 크기가 크고 흑연의 양이 많고 수율이 낮아 실험실 준비에 매우 제한적입니다.

구형 흑연의 변형

수정에는 두 가지 주요 시작점이 있습니다.

1. SEI 필름의 과도한 스트로크와 흑연의 층류 박리를 유발하는 용매 분자의 공존으로 인한 돌이킬 수 없는 손실을 줄이기 위해 석재 분쇄기의 비표면적을 적절하게 줄입니다.

2. 흑연에 다른 금속 원소 또는 비금속을 도입하여 흑연의 충방전 용량을 증가시킵니다.

  • 코팅 방식 – 흑연의 사이클 성능 향상

“core-shell” 모델 코팅 방법은 “core”로 흑연 재료를 사용하고 표면에 비정질 탄소 재료의 “shell”을 코팅합니다. 일반적으로 사용되는 비정질 탄소 재료의 전구체는 페놀 수지, 에폭시 수지 및 균열 탄소를 포함합니다. 비정질 탄소 재료의 층간격은 흑연보다 크므로 내부 리튬 이온의 확산 성능을 향상시킬 수 있으며 이는 흑연의 외부 표면에 리튬 이온의 완충층을 형성하는 것과 동일하여 고전류 개선 흑연 재료의 충방전 성능.

코팅 방법은 배터리의 사이클 수명을 개선하지만 현재의 코팅 공정은 여전히 ​​특정 문제가 있습니다. 현재 해결해야 할 핵심 문제는 흑연 외부에 어떻게 완전하고 균일한 코팅층을 형성하고 흑연과 잘 결합되는지입니다.

  • Doping 방식 – 흑연의 충방전 용량 증가

특정 금속 또는 비금속 원소를 탄소 재료에 도입하면 탄소 미세 구조와 전자 상태가 변화하여 탄소 전극의 리튬 삽입 거동에 영향을 미칩니다. 현재 가장 많이 연구되고 있는 것은 붕소, 규소, 인을 탄소재료에 도입하는 것이다. 그리고 다른 요소들.

기타 일반적으로 사용되는 수정 방법: 표면 산화, 금속층 형성, 기계적 연삭

구형 흑연 재료는 우수한 전기 전도성, 높은 결정성, 저렴한 비용, 높은 이론 리튬 삽입 용량, 낮은 충방전 전위 및 평탄도를 가지고 있습니다. 리튬이온전지 음극재의 중요한 부분으로 국내외 리튬이온전지 생산을 위한 양극재이다. 교체 제품입니다. 그것은 우수한 전기 전도성 및 화학적 안정성, 높은 충방전 용량, 긴 수명 및 환경 보호를 가지고 있습니다.

 

기사 출처: 차이나 파우더 네트워크