흑연 음극재의 표면개질
흑연은 상업적으로 적용되는 최초의 리튬 이온 배터리용 음극 소재입니다. 30년 간의 개발 후에도 흑연은 여전히 가장 신뢰할 수 있고 널리 사용되는 음극 소재입니다.
흑연은 탄소 원자가 육각형 모양으로 배열되어 2차원 방향으로 뻗어 있는 좋은 층상 구조를 가지고 있으며, 리튬 이온 배터리용 음극 재료로서 흑연은 전해질에 대한 선택성이 높고 고전류 충방전 성능이 좋지 않습니다. 첫 번째 충전 및 방전 과정에서 용매화된 리튬 이온이 흑연 중간층에 삽입되어 환원 및 분해되어 새로운 물질을 생성하고 부피 팽창을 유발하여 흑연 층의 붕괴로 직접 이어질 수 있으며 사이클 성능을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 가역 비용량을 향상시키고 SEI 필름의 품질을 향상시키며 흑연과 전해질의 상용성을 높이고 사이클 성능을 향상시키기 위해 흑연을 개질할 필요가 있습니다. 현재 흑연 음극의 표면 개질은 주로 이루어집니다. 기계적 볼 밀링, 표면 산화 및 할로겐화 처리, 표면 코팅, 요소 도핑 및 기타 수단으로 구분됩니다.
기계식 볼밀링 방식
기계적 볼밀링법은 흑연 음극 표면의 구조와 형태를 물리적 수단으로 변화시켜 표면적과 접촉 면적을 늘려 리튬 이온의 저장 및 방출 효율을 높이는 방법이다.
1. 입자 크기 감소: 기계적 볼 밀링은 흑연 입자의 입자 크기를 크게 줄여 흑연 음극 재료의 비표면적이 더 작을수록 리튬 이온의 빠른 확산에 도움이 되고 속도 성능이 향상됩니다. 배터리의.
2. 새로운 상 도입: 볼 밀링 공정 중에 흑연 입자는 능면체 상과 같은 새로운 상 도입과 같은 기계적 힘으로 인해 상 변화를 겪을 수 있습니다.
3. 다공성 증가: 볼 밀링은 흑연 입자 표면에 다수의 미세 기공과 결함을 생성합니다. 이러한 기공 구조는 리튬 이온의 빠른 채널 역할을 하여 리튬 이온의 확산 속도와 충전 및 방전 효율을 향상시킬 수 있습니다. 배터리.
4. 전도도 향상 : 기계적 볼밀링 자체가 흑연의 전도도를 직접적으로 변화시키지는 못하지만, 입자 크기를 줄이고 기공 구조를 도입함으로써 흑연 음극과 전해액의 접촉을 더욱 충분하게 하여 전도도를 향상시키고, 배터리의 전기화학적 성능.
표면 산화 및 할로겐화 처리
산화 및 할로겐화 처리는 흑연 음극 재료의 계면 화학적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
1. 표면 산화
표면 산화에는 일반적으로 기상 산화와 액상 산화가 포함됩니다.
2. 표면 할로겐화
할로겐화 처리를 통해 천연 흑연 표면에 C-F 구조가 형성되어 흑연의 구조적 안정성을 높이고 사이클 중에 흑연 플레이크가 떨어지는 것을 방지할 수 있습니다.
표면 코팅
흑연 음극 재료의 표면 코팅 개질에는 주로 탄소 재료 코팅, 금속 또는 비금속 및 그 산화물 코팅, 폴리머 코팅이 포함됩니다. 가역 비용량, 첫 번째 쿨롱 효율, 사이클 성능 및 고전류 충 방전을 향상시키는 목적. 전극의 성능은 표면 코팅을 통해 달성됩니다.
1. 탄소재료 코팅
흑연 외층에 비정질 탄소층을 코팅하여 “코어-쉘” 구조의 C/C 복합재료를 만들어 비정질 탄소가 용매와 접촉하고 용매와 흑연 사이의 직접적인 접촉을 피하며, 용매 분자의 공존으로 인한 흑연 층 박리를 방지합니다.
2. 금속 또는 비금속 및 이들의 산화물 코팅
금속 및 그 산화물 코팅은 주로 흑연 표면에 금속 또는 금속 산화물 층을 증착하여 달성됩니다. 금속 코팅은 재료의 리튬 이온 확산 계수를 높이고 전극의 속도 성능을 향상시킬 수 있습니다.
흑연 표면에 Al2O3, 비정질 Al2O3 코팅과 같은 비금속 산화물 코팅은 전해질의 습윤성을 향상시키고, 리튬 이온의 확산 저항을 감소시키며, 리튬 수지상 결정의 성장을 효과적으로 억제하여 흑연 재료의 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
3. 폴리머 코팅
무기 산화물이나 금속 코팅은 부서지기 쉽고 균일하게 코팅하기 어렵고 쉽게 손상될 수 있다는 연구 결과에 따르면 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 유기산염으로 코팅된 흑연이 전기 화학적 성능을 향상시키는 데 더 효과적인 것으로 나타났습니다.