ทำความเข้าใจกับวัสดุขั้วบวกลิเธียมแบตเตอรี่กราไฟท์ทรงกลม

กราไฟต์ (หมายถึงหินธรรมชาติ ด้านล่าง) เป็นทรัพยากรแร่ที่ไม่ใช่โลหะ วัสดุกราไฟท์มีคุณสมบัติพิเศษหลายอย่าง เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง การนำไฟฟ้า การนำความร้อน การหล่อลื่น ความเสถียรทางเคมี ความเป็นพลาสติก และทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน ในหมู่พวกเขา กราไฟต์ทรงกลมเป็นผลิตภัณฑ์ระดับสูงในกราไฟท์ และใช้ในอุตสาหกรรมเกิดใหม่เชิงกลยุทธ์ เช่น ยานยนต์พลังงานใหม่ การจัดเก็บพลังงาน และการปกป้องสิ่งแวดล้อม

กราไฟท์ทรงกลมทำจากกราไฟท์เกล็ดธรรมชาติคาร์บอนคุณภาพสูงเป็นวัตถุดิบ และพื้นผิวกราไฟท์ถูกดัดแปลงด้วยเทคโนโลยีการประมวลผลขั้นสูงเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์กราไฟท์ที่มีความละเอียดและรูปร่างแตกต่างกัน เช่น ทรงกลมรูปไข่

ตัวชี้วัดสำหรับการวัดกราไฟท์ทรงกลม

• ดัชนีประสิทธิภาพทางกายภาพ

ขนาดอนุภาค (D50, µm), ความหนาแน่นของดอกต๊าป (g/cm³), พื้นที่ผิวจำเพาะ (㎡/g), ความชื้น (%), คาร์บอนคงที่ (%)

• ดัชนีประสิทธิภาพไฟฟ้าเคมี

ประสิทธิภาพคูลอมบ์ (%) ความจุในการชาร์จ (mAh/g) อายุการใช้งาน (รอบ)

ข้อดีและข้อเสียของกราไฟท์ธรรมชาติ

กราไฟท์ธรรมชาติมีข้อดีในการใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรดลบสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: แหล่งกว้าง ราคาต่ำ แท่นชาร์จและแรงดันไฟดิสชาร์จต่ำ และความจุย้อนกลับสูง (ค่าตามทฤษฎี 372mAh/g)

อย่างไรก็ตาม กราไฟต์เป็นวัสดุขั้วลบของแบตเตอรี่มีปัญหามากมาย: ความเข้ากันได้ไม่ดีกับตัวทำละลาย ประสิทธิภาพต่ำในการชาร์จและการคายประจุกระแสไฟสูง ในระหว่างการประจุและคายประจุครั้งแรก ชั้นกราไฟต์จะถูกลอกออกเนื่องจากการฝังตัวของโมเลกุลตัวทำละลายร่วม ซึ่งทำให้อายุการใช้งานของอิเล็กโทรดลดลง

การก่อตัวของกราไฟท์ทรงกลม

ความจุจำเพาะ (≥350mAh/g) จะทำให้ประสิทธิภาพของรอบแรก (≥85%) และประสิทธิภาพของรอบของวัสดุอิเล็กโทรดลบสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญผ่านการทำสเฟียรอยด์ของกราไฟท์แบบเกล็ด

• ขนาดของความละเอียด

เนื่องจากเป็นวัสดุอิเล็กโทรดลบสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ขนาดอนุภาค D50 จึงเหมาะสมที่สุดระหว่าง 16 ถึง 18 ไมโครเมตร หากขนาดอนุภาคเล็กเกินไป พื้นที่ผิวจำเพาะจะใหญ่ขึ้น ทำให้อิเล็กโทรดลบใช้ Li⁺ เป็นจำนวนมากในช่วงรอบแรก ทำให้เกิดฟิล์มอินเทอร์เฟเชียลไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็ง ซึ่งเป็นประสิทธิภาพการชาร์จและคายประจุครั้งแรก พื้นที่สัมผัสของเหลวมีขนาดเล็ก ซึ่งส่งผลต่อความจุจำเพาะของอิเล็กโทรดลบ

• อุปกรณ์การผลิตกราไฟท์ทรงกลม

การผลิตกราไฟท์ทรงกลมได้รับการอุตสาหกรรม ในการผลิตภาคอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่จะใช้เครื่องสร้างผลกระทบลมเพื่อทำให้เกล็ดกราไฟท์เป็นทรงกลม ในหมู่พวกเขา เครื่องบดแบบกระแสน้ำวนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไป วิธีนี้มีสิ่งเจือปนน้อยกว่าในระหว่างกระบวนการสร้างสเฟียรอยด์ แต่อุปกรณ์มีขนาดใหญ่ และกราไฟท์มีปริมาณมาก และให้ผลผลิตต่ำ ซึ่งจำกัดมากในการเตรียมห้องปฏิบัติการ

การดัดแปลงกราไฟท์ทรงกลม

มีสองจุดเริ่มต้นหลักสำหรับการปรับเปลี่ยน:

1. ลดพื้นที่ผิวจำเพาะของโรงโม่หินให้เหมาะสมเพื่อลดการสูญเสียที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ที่เกิดจากจังหวะที่มากเกินไปของฟิล์ม SEI และการฝังร่วมของโมเลกุลตัวทำละลายที่ทำให้กราไฟต์ลอกเป็นแผ่น

2. แนะนำองค์ประกอบโลหะหรืออโลหะอื่น ๆ ลงในกราไฟท์เพื่อเพิ่มความสามารถในการประจุและคายประจุของกราไฟท์

• วิธีการเคลือบ – ปรับปรุงประสิทธิภาพของวัฏจักรของกราไฟท์

วิธีการเคลือบแบบจำลอง “เปลือกแกนกลาง” ใช้วัสดุกราไฟท์เป็น “แกนกลาง” และเคลือบ “เปลือก” ของวัสดุคาร์บอนอสัณฐาน สารตั้งต้นของวัสดุอสัณฐานคาร์บอนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เรซินฟีนอล อีพอกซีเรซิน และคาร์บอนแตก ระยะห่างระหว่างชั้นของวัสดุคาร์บอนอสัณฐานมีขนาดใหญ่กว่ากราไฟท์ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการแพร่กระจายของลิเธียมไอออนในนั้น ซึ่งเทียบเท่ากับการสร้างชั้นบัฟเฟอร์ของลิเธียมไอออนบนพื้นผิวด้านนอกของกราไฟท์ ดังนั้นจึงปรับปรุงกระแสสูง ประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุของวัสดุกราไฟท์

วิธีการเคลือบช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ แต่กระบวนการเคลือบในปัจจุบันยังคงมีปัญหาอยู่บ้าง ปัญหาสำคัญที่ต้องแก้ไขในปัจจุบันคือวิธีการสร้างชั้นเคลือบที่สมบูรณ์และสม่ำเสมอนอกกราไฟท์และรวมเข้ากับกราไฟท์ได้ดี

• วิธีการเติม-เพิ่มประจุและความจุของกราไฟท์

การนำธาตุโลหะหรืออโลหะบางชนิดเข้าสู่วัสดุคาร์บอนจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคของคาร์บอนและสถานะอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งจะส่งผลต่อพฤติกรรมการแทรกลิเธียมของอิเล็กโทรดคาร์บอน ในปัจจุบัน มีการวิจัยมากที่สุดคือการนำโบรอน ซิลิกอน และฟอสฟอรัส มาใช้ในวัสดุคาร์บอน และองค์ประกอบอื่นๆ

วิธีการดัดแปลงอื่น ๆ ที่ใช้กันทั่วไป: การเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิว, การสร้างชั้นโลหะ, การเจียรทางกล

วัสดุกราไฟท์ทรงกลมมีการนำไฟฟ้าที่ดี มีความผลึกสูง ต้นทุนต่ำ ความจุแทรกลิเธียมตามทฤษฎีสูง ประจุต่ำและปล่อยประจุและความเรียบ เป็นส่วนสำคัญของวัสดุแอโนดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและเป็นวัสดุแคโทดสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในประเทศและต่างประเทศ สินค้าทดแทน. มีการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและมีเสถียรภาพทางเคมี ประจุไฟฟ้าและคายประจุสูง อายุการใช้งานยาวนาน และรักษาสิ่งแวดล้อม

ที่มาของบทความ: China Powder Network