Grafit anot malzemelerinin yüzey modifikasyonu

Grafit, lityum iyon piller için ticari olarak uygulanan ilk negatif elektrot malzemesidir. Otuz yıllık gelişimden sonra grafit hala en güvenilir ve en yaygın kullanılan negatif elektrot malzemesidir.

Grafit, karbon atomlarının altıgen şeklinde düzenlendiği ve iki boyutlu bir yönde uzandığı iyi bir katmanlı yapıya sahiptir. Lityum iyon piller için negatif elektrot malzemesi olarak grafit, elektrolitler için yüksek seçiciliğe, zayıf yüksek akım şarj ve deşarj performansına sahiptir ve ilk şarj ve deşarj işlemi sırasında solvatlanmış lityum iyonları, grafit ara katmanlarına eklenecek, indirgenecek ve ayrıştırılacaktır. yeni maddeler üreterek hacim genişlemesine neden olur, bu da doğrudan grafit katmanının çökmesine neden olabilir ve elektrotun çevrim performansını bozabilir. Bu nedenle, tersinir spesifik kapasitesini geliştirmek, SEI filminin kalitesini iyileştirmek, grafitin elektrolitle uyumluluğunu arttırmak ve döngü performansını iyileştirmek için grafitin değiştirilmesi gerekmektedir. Şu anda, grafit negatif elektrotların yüzey modifikasyonu esas olarak mekanik bilyalı frezeleme, yüzey oksidasyonu ve halojenasyon işlemi, yüzey kaplama, eleman katkılaması ve diğer araçlara bölünmüştür.

Mekanik bilyalı frezeleme yöntemi

Mekanik bilyalı öğütme yöntemi, yüzey alanını ve temas alanını arttırmak için grafit negatif elektrot yüzeyinin yapısını ve morfolojisini fiziksel yollarla değiştirmek, böylece lityum iyonlarının depolanmasını ve salınım verimliliğini arttırmaktır.

1. Parçacık boyutunu azaltın: Mekanik bilyalı öğütme, grafit parçacıklarının parçacık boyutunu önemli ölçüde azaltabilir, böylece grafit negatif elektrot malzemesi daha büyük bir spesifik yüzey alanına sahip olur. Daha küçük parçacık boyutu, lityum iyonlarının hızlı difüzyonuna yardımcı olur ve pilin hız performansını artırır.

2. Yeni aşamaları tanıtın: Bilyalı öğütme işlemi sırasında, grafit parçacıkları, eşkenar dörtgen fazlar gibi yeni fazların eklenmesi gibi mekanik kuvvetler nedeniyle faz değişikliklerine maruz kalabilir.

3. Gözenekliliği artırın: Bilyalı öğütme aynı zamanda grafit parçacıklarının yüzeyinde çok sayıda mikro gözenek ve kusur üretecektir. Bu gözenek yapıları lityum iyonları için hızlı kanallar görevi görerek lityum iyonlarının difüzyon hızını ve pilin şarj ve deşarj verimliliğini artırabilir.

4. İletkenliği artırın: Mekanik bilyeli öğütmenin kendisi grafitin iletkenliğini doğrudan değiştirmese de, parçacık boyutunu azaltarak ve bir gözenek yapısı ekleyerek, grafit negatif elektrot ile elektrolit arasındaki temas daha yeterli olabilir, böylece iletkenliği iyileştirebilir ve Pilin elektrokimyasal performansı.

Yüzey oksidasyonu ve halojenasyon tedavisi

Oksidasyon ve halojenasyon işlemi, grafit negatif elektrot malzemelerinin arayüzey kimyasal özelliklerini geliştirebilir.

1. Yüzey oksidasyonu

Yüzey oksidasyonu genellikle gaz fazı oksidasyonunu ve sıvı faz oksidasyonunu içerir.

2. Yüzey halojenasyonu

Halojenasyon işlemiyle, doğal grafit yüzeyinde, grafitin yapısal stabilitesini artırabilen ve döngü sırasında grafit pullarının düşmesini önleyebilen bir C-F yapısı oluşturulur.

Yüzey kaplama

Grafit negatif elektrot malzemelerinin yüzey kaplama modifikasyonu esas olarak karbon malzeme kaplamasını, metal veya metal olmayan ve oksit kaplamasını ve polimer kaplamayı içerir. Elektrotun tersinir spesifik kapasitesinin, ilk coulomb verimliliğinin, çevrim performansının ve yüksek akım şarj ve deşarj performansının iyileştirilmesi amacına yüzey kaplama yoluyla ulaşılır.

1. Karbon malzeme kaplaması

Bir “çekirdek-kabuk” yapısına sahip bir C/C kompozit malzemesi yapmak için dış grafit tabakası üzerine bir amorf karbon tabakası kaplanır, böylece amorf karbon solventle temas eder, solvent ile grafit arasındaki doğrudan teması önler ve solvent moleküllerinin birbirine gömülmesinin neden olduğu grafit tabakasının pul pul dökülmesini önler.

2. Metal veya metal olmayanlar ve bunların oksit kaplamaları

Metal ve oksit kaplaması esas olarak grafit yüzeyine bir metal veya metal oksit tabakasının biriktirilmesiyle elde edilir. Kaplama metali, malzemedeki lityum iyonlarının difüzyon katsayısını artırabilir ve elektrotun hız performansını iyileştirebilir.

Al2O3 gibi metal olmayan oksit kaplama, grafit yüzeyini kaplayan amorf Al2O3, elektrolitin ıslanabilirliğini artırabilir, lityum iyonlarının difüzyon direncini azaltabilir ve lityum dendritlerin büyümesini etkili bir şekilde engelleyebilir, böylece grafit malzemelerin elektrokimyasal özelliklerini geliştirebilir.

3. Polimer kaplama

İnorganik oksitler veya metal kaplamalar kırılgandır, eşit şekilde kaplanması zordur ve kolayca zarar görebilir. Çalışmalar, karbon-karbon çift bağları içeren organik asit tuzlarıyla kaplanmış grafitin elektrokimyasal performansı iyileştirmede daha etkili olduğunu göstermiştir.