Compreender o material do ânodo da bateria de lítio – grafite esférica
A grafita (referindo-se à pedra natural, a mesma abaixo) é um recurso mineral não metálico. Os materiais de grafite têm várias propriedades especiais, como resistência a altas temperaturas, condutividade elétrica, condutividade térmica, lubrificação, estabilidade química, plasticidade e resistência ao choque térmico. Entre eles, o grafite esférico é um produto de ponta em grafite e é usado em indústrias emergentes estratégicas, como novos veículos de energia, armazenamento de energia e proteção ambiental.
A grafite esférica é feita de grafite em flocos natural de alto carbono de alta qualidade como matéria-prima, e a superfície de grafite é modificada por tecnologia de processamento avançada para produzir produtos de grafite com diferentes finuras e formatos como esferas ovais.
Indicadores para medição de grafite esférica
- Índice de desempenho físico
Tamanho de partícula (D50, μm), densidade compactada (g / cm³), área de superfície específica (㎡ / g), umidade (%), carbono fixo (%)
- Índice de desempenho eletroquímico
Eficiência de Coulomb (%), capacidade de carga (mAh / g), ciclo de vida (ciclos)
Vantagens e desvantagens do grafite natural
O grafite natural tem as vantagens de ser usado como material de eletrodo negativo para baterias de íon-lítio: fontes amplas, baixo preço, plataforma de baixa tensão de carga e descarga e alta capacidade reversível (valor teórico 372mAh / g).
No entanto, existem muitos problemas com o grafite como material do eletrodo negativo da bateria: baixa compatibilidade com solventes; baixo desempenho em carregamento e descarregamento de alta corrente; durante a primeira carga e descarga, a camada de grafite é removida devido ao co-embebimento de moléculas de solvente, o que leva a uma redução da vida útil do eletrodo.
Formação de grafite esférica
Através da esferoidização de grafite em flocos, a capacidade específica (≥350mAh / g), a eficiência do primeiro ciclo (≥85%) e o desempenho do ciclo do material do eletrodo negativo podem ser melhorados significativamente.
- O tamanho da granularidade
Como um material de eletrodo negativo para baterias de íon-lítio, o tamanho de partícula D50 é mais adequado entre 16 e 18 μm. Se o tamanho da partícula for muito pequeno, a área de superfície específica será maior, fazendo com que o eletrodo negativo consuma uma grande quantidade de Li+ durante o primeiro ciclo, formando assim um filme dielétrico interfacial sólido, que é a primeira carga e eficiência de descarga; A área de contato com o líquido é pequena, o que afeta a capacidade específica do eletrodo negativo.
- Equipamento de produção de grafite esférica
A produção de grafite esférica foi industrializada. Na produção industrial, as máquinas de modelagem por impacto do vento são usadas principalmente para esferoidizar grafite em flocos. Dentre eles, o pulverizador de vórtice de fluxo de ar é um equipamento comumente utilizado. Este método tem menos impurezas durante o processo de esferoidização, mas seu equipamento é grande, a quantidade de grafite é grande e o rendimento é baixo, o que é muito limitado na preparação de laboratório.
Modificação de grafite esférica
Existem dois pontos de partida principais para a modificação:
1. Reduzir apropriadamente a área de superfície específica do moinho de pedra para reduzir a perda irreversível causada pelo curso excessivo do filme SEI e a co-incorporação de moléculas de solvente que causam o descascamento laminar da grafite;
2. Introduza outros elementos metálicos ou não metálicos na grafite para aumentar a capacidade de carga e descarga da grafite.
- Método de revestimento – melhora o desempenho do ciclo de grafite
O método de revestimento do modelo “núcleo-casca” usa materiais de grafite como o “núcleo”, e uma “casca” de um material de carbono amorfo é revestida em sua superfície. Os precursores dos materiais de carbono amorfo comumente usados incluem resina fenólica, resina epóxi e carbono rachado. O espaçamento da camada de materiais de carbono amorfo é maior do que o de grafite, o que pode melhorar o desempenho de difusão de íons de lítio nele, o que é equivalente a formar uma camada tampão de íons de lítio na superfície externa da grafite, melhorando assim a alta corrente desempenho de carga e descarga de materiais de grafite.
O método de revestimento melhora o ciclo de vida da bateria, mas o processo de revestimento atual ainda apresenta alguns problemas. O principal problema a ser resolvido no momento é como formar uma camada de revestimento uniforme e completa fora da grafite e bem combinada com a grafite.
- Método de dopagem – aumenta a capacidade de carga e descarga de grafite
A introdução de certos elementos metálicos ou não metálicos em materiais de carbono resultará em mudanças na microestrutura do carbono e no estado eletrônico, o que afetará o comportamento de inserção de lítio dos eletrodos de carbono. Atualmente, o mais pesquisado é a introdução de boro, silício e fósforo em materiais de carbono. E outros elementos.
Outros métodos de modificação comumente usados: oxidação de superfície, formação de camada de metal, retificação mecânica
O material esférico de grafite tem boa condutividade elétrica, alta cristalinidade, baixo custo, alta capacidade teórica de inserção de lítio, baixo potencial de carga e descarga e achatamento. É uma parte importante do material do ânodo da bateria de íon de lítio e é um material catódico para a produção de bateria de íon de lítio no país e no exterior. O produto de substituição. Possui excelente condutividade elétrica e estabilidade química, alta capacidade de carga e descarga, longo ciclo de vida e proteção ambiental.
Fonte do artigo: China Powder Network