Hiểu vật liệu cực dương của pin lithium-graphite hình cầu

Graphite (đề cập đến đá tự nhiên, giống bên dưới) là một tài nguyên khoáng sản phi kim loại. Vật liệu graphit có nhiều tính chất đặc biệt khác nhau như khả năng chịu nhiệt độ cao, dẫn điện, dẫn nhiệt, bôi trơn, ổn định hóa học, dẻo và chống sốc nhiệt. Trong số đó, than chì hình cầu là một sản phẩm cao cấp trong than chì và được sử dụng trong các ngành chiến lược mới nổi như phương tiện năng lượng mới, lưu trữ năng lượng và bảo vệ môi trường.

Than chì hình cầu được làm từ than chì vảy tự nhiên cacbon chất lượng cao làm nguyên liệu thô, và bề mặt than chì được sửa đổi bằng công nghệ xử lý tiên tiến để tạo ra các sản phẩm graphit có độ mịn và hình dạng khác nhau như hình cầu hình bầu dục.

Các chỉ số để đo graphite hình cầu

• Chỉ số hoạt động thể chất

Kích thước hạt (D50, μm), mật độ vòi (g / cm³), diện tích bề mặt riêng (㎡ / g), độ ẩm (%), cacbon cố định (%)

• Chỉ số hiệu suất điện hóa

Hiệu suất Coulomb (%), dung lượng sạc (mAh / g), vòng đời (chu kỳ)

Ưu điểm và nhược điểm của than chì tự nhiên

Than chì tự nhiên có những ưu điểm khi được sử dụng làm vật liệu điện cực âm cho pin lithium-ion: nguồn rộng, giá rẻ, nền tảng điện áp sạc và xả thấp, và dung lượng thuận nghịch cao (giá trị lý thuyết 372mAh / g).

Tuy nhiên, có nhiều vấn đề với graphite là vật liệu điện cực âm của pin: khả năng tương thích kém với dung môi; hiệu suất kém trong quá trình sạc và xả dòng điện cao; trong quá trình tích điện và phóng điện lần đầu, lớp graphit bị bong ra do các phân tử dung môi có sự đồng chất dẫn đến giảm tuổi thọ điện cực.

Sự hình thành của graphite hình cầu

Thông qua hình cầu hóa graphit vảy, dung lượng cụ thể (≥350mAh / g), hiệu suất chu kỳ đầu tiên (≥85%) và hiệu suất chu kỳ của vật liệu điện cực âm có thể được cải thiện đáng kể.

• Kích thước của độ chi tiết

Là vật liệu điện cực âm cho pin lithium-ion, kích thước hạt D50 phù hợp nhất trong khoảng 16 đến 18 μm. Nếu kích thước hạt quá nhỏ, diện tích bề mặt riêng sẽ lớn hơn, làm cho điện cực âm tiêu thụ một lượng lớn Li⁺ trong chu kỳ đầu tiên, do đó hình thành màng phân cách điện môi rắn, đó là hiệu suất tích điện và phóng điện đầu tiên; Diện tích tiếp xúc với chất lỏng nhỏ, điều này ảnh hưởng đến công suất riêng của điện cực âm.

• Thiết bị sản xuất graphite hình cầu

Việc sản xuất than chì hình cầu đã được công nghiệp hóa. Trong sản xuất công nghiệp, máy định hình tác động gió chủ yếu được sử dụng để hình cầu hóa graphit vảy. Trong số đó, máy nghiền bột dạng xoáy dòng khí là thiết bị được sử dụng phổ biến. Phương pháp này có ít tạp chất trong quá trình hình cầu, nhưng thiết bị của nó có kích thước lớn, lượng graphit lớn và năng suất thấp nên rất hạn chế trong việc điều chế trong phòng thí nghiệm.

Biến đổi graphite hình cầu

Có hai điểm khởi đầu chính cho việc sửa đổi:

1. Giảm diện tích bề mặt cụ thể của máy nghiền đá một cách thích hợp để giảm tổn thất không thể phục hồi được gây ra bởi sự kéo dài quá mức của màng SEI và sự kết hợp của các phân tử dung môi gây ra sự bong tróc lớp graphite;

2. Đưa nguyên tố kim loại hoặc phi kim loại khác vào than chì để tăng khả năng tích điện và phóng điện của than chì.

• Phương pháp phủ – cải thiện hiệu suất chu trình của than chì

Phương pháp phủ mô hình “lõi-vỏ” sử dụng vật liệu than chì làm “lõi”, và “vỏ” vật liệu carbon vô định hình được phủ trên bề mặt của nó. Tiền chất của vật liệu carbon vô định hình thường được sử dụng bao gồm nhựa phenolic, nhựa Epoxy và carbon nứt. Khoảng cách lớp của vật liệu cacbon vô định hình lớn hơn so với graphit, có thể cải thiện hiệu suất khuếch tán của các ion liti trong đó, tương đương với việc hình thành một lớp đệm của các ion liti trên bề mặt ngoài của graphit, do đó cải thiện dòng điện cao hiệu suất tích điện và phóng điện của vật liệu graphit.

Phương pháp phủ giúp cải thiện tuổi thọ chu kỳ của pin, tuy nhiên quy trình phủ hiện tại vẫn còn một số vấn đề nhất định. Vấn đề mấu chốt cần giải quyết lúc này là làm thế nào để tạo thành một lớp phủ hoàn chỉnh, đồng đều bên ngoài graphit và kết hợp tốt với graphit.

• Phương pháp pha tạp – tăng khả năng tích điện và phóng điện của than chì

Việc đưa một số nguyên tố kim loại hoặc phi kim loại nhất định vào vật liệu carbon sẽ dẫn đến những thay đổi trong cấu trúc vi mô carbon và trạng thái điện tử, điều này sẽ ảnh hưởng đến hành vi chèn lithium của điện cực carbon. Hiện nay, nghiên cứu nhiều nhất là việc đưa bo, silic và phốt pho vào vật liệu cacbon. Và các yếu tố khác.

Các phương pháp sửa đổi thường được sử dụng khác: oxy hóa bề mặt, tạo lớp kim loại, mài cơ học

Vật liệu graphite hình cầu có tính dẫn điện tốt, độ kết tinh cao, chi phí thấp, khả năng chèn lithium lý thuyết cao, điện thế phóng điện thấp và độ phẳng. Nó là một bộ phận quan trọng của vật liệu làm cực dương cho pin lithium-ion và là vật liệu cực âm để sản xuất pin lithium-ion trong và ngoài nước. Sản phẩm thay thế. Nó có độ dẫn điện và độ ổn định hóa học tuyệt vời, khả năng tích điện và phóng điện cao, vòng đời dài và bảo vệ môi trường.

Nguồn bài viết: China Powder Network