Понимание материала анода литиевой батареи — сферического графита

Графит (относится к натуральному камню, то же самое ниже) является неметаллическим минеральным ресурсом. Графитовые материалы обладают различными особыми свойствами, такими как устойчивость к высоким температурам, электропроводность, теплопроводность, смазка, химическая стабильность, пластичность и стойкость к тепловому удару. Среди них сферический графит — это высококачественный графитовый продукт, который используется в новых стратегических отраслях промышленности, таких как новые источники энергии, накопление энергии и защита окружающей среды.

Сферический графит изготавливается из высококачественного высокоуглеродистого природного чешуйчатого графита в качестве сырья, а поверхность графита модифицируется с помощью передовых технологий обработки для производства графитовых изделий различной степени измельчения и формы, например овальных сфер.

Индикаторы для измерения сферического графита

• Индекс физической работоспособности

Размер частиц (D50, мкм), плотность утряски (г / см³), удельная поверхность (/ г), влажность (%), связанный углерод (%)

• Индекс электрохимической эффективности

Кулоновский КПД (%), емкость заряда (мАч / г), срок службы (циклы)

Преимущества и недостатки природного графита

Природный графит имеет преимущества использования в качестве материала отрицательного электрода для литий-ионных батарей: широкие источники, низкая цена, платформа с низким зарядным и разрядным напряжением и высокая обратимая емкость (теоретическое значение 372 мАч / г).

Однако существует много проблем с графитом в качестве материала отрицательного электрода батареи: плохая совместимость с растворителями; плохая производительность при сильноточной зарядке и разрядке; во время первой зарядки и разрядки слой графита отслаивается из-за совместного включения молекул растворителя, что приводит к сокращению срока службы электрода.

Формирование сферического графита

Благодаря сфероидизации чешуйчатого графита удельная емкость (≥350 мАч / г), эффективность первого цикла (≥85%) и рабочие характеристики материала отрицательного электрода могут быть значительно улучшены.

• Размер детализации

В качестве материала отрицательного электрода для литий-ионных батарей размер частиц D50 наиболее подходит от 16 до 18 мкм. Если размер частиц слишком мал, удельная площадь поверхности будет больше, в результате чего отрицательный электрод будет потреблять большое количество Li⁺  во время первого цикла, таким образом образуя твердую диэлектрическую межфазную пленку, которая является первой эффективностью заряда и разряда; Площадь контакта с жидкостью мала, что влияет на удельную емкость отрицательного электрода.

• Оборудование для производства сферического графита

Промышленно освоено производство сферического графита. В промышленном производстве для придания сфероидальной формы чешуйчатому графиту в основном используются ветроформовочные машины. Среди них вихревой распылитель с воздушным потоком является широко используемым оборудованием. Этот метод имеет меньше примесей во время процесса сфероидизации, но его оборудование имеет большие размеры, и количество графита велико, а выход низкий, что очень ограничено при лабораторной подготовке.

Модификация сферического графита

Есть две основные отправные точки для модификации:

1. Правильно уменьшить удельную поверхность каменной мельницы, чтобы уменьшить необратимые потери, вызванные чрезмерным ходом пленки SEI и совместным внедрением молекул растворителя, которые вызывают ламинарное отслаивание графита;

2. Введите в графит другие металлические элементы или неметаллы, чтобы увеличить зарядную и разрядную способность графита.

• Метод покрытия-улучшить производительность цикла графита

В методе покрытия модели «ядро-оболочка» в качестве «ядра» используются графитовые материалы, а на его поверхность наносится «оболочка» из аморфного углеродного материала. Предшественники обычно используемых аморфных углеродных материалов включают фенольную смолу, эпоксидную смолу и крекированный углерод. Расстояние между слоями аморфных углеродных материалов больше, чем у графита, что может улучшить диффузионные характеристики ионов лития в нем, что эквивалентно формированию буферного слоя из ионов лития на внешней поверхности графита, тем самым улучшая сильноточные зарядно-разрядные характеристики графитовых материалов.

Метод нанесения покрытия увеличивает срок службы батареи, но текущий процесс нанесения покрытия все еще имеет определенные проблемы. Ключевой проблемой, которую предстоит решить в настоящее время, является формирование полного однородного слоя покрытия вне графита, хорошо сочетающегося с графитом.

• Метод легирования — увеличение зарядно-разрядной емкости графита.

Введение определенных металлических или неметаллических элементов в углеродные материалы приведет к изменению микроструктуры углерода и электронного состояния, что повлияет на поведение углеродных электродов при введении лития. В настоящее время наиболее изучено введение бора, кремния и фосфора в углеродные материалы. И другие элементы.

Другие часто используемые методы модификации: окисление поверхности, формирование металлического слоя, механическое шлифование.

Сферический графитовый материал обладает хорошей электропроводностью, высокой кристалличностью, низкой стоимостью, высокой теоретической емкостью по введению лития, низким потенциалом заряда и разряда и плоскостностью. Он является важной частью анодного материала литий-ионных аккумуляторов и катодным материалом для производства литий-ионных аккумуляторов в стране и за рубежом. Продукт на замену. Он имеет отличную электропроводность и химическую стабильность, высокую зарядную и разрядную способность, длительный срок службы и защиту окружающей среды.

Источник статьи: China Powder Network