Основні знання про негативні електроди - графітові матеріали

Основні знання про негативні електроди - графітові матеріали
Графіт-один з найбільш ранніх вуглецевих речовинних матеріалів, що використовуються в літій-іонних акумуляторах. Він має хорошу провідність, високу кристалічність та хорошу багатошарову структуру. Він дуже підходить для вставки/вилучення іонів літію для формування літієвіграна-графітних міжшаронових сполук. Специфічна потужність заряду-розряду може досягти понад 300 мА-г/г, ефективність розміщення заряду становить понад 90%, а незворотна ємність-менше 50 мА • г/г. Реакція вилучення літію в графіті відбувається приблизно на 0 ~ 0,25 В (проти Li+/Li). Він має хорошу потенційну платформу для заряду та може відповідати багатьом позитивним електродним матеріалам, включаючи Limn2O4. Середня вихідна напруга акумулятора висока. В даний час він є найбільш широко використовуваним негативним електродним матеріалом для літій-іонних акумуляторів. Графіт належить до шестикутної кристалічної системи. Його кристали складаються з шестикутних сітчастих площин, що складаються з атомів вуглецю і регулярно складаються. Він має шарувату структуру.
У кожному шарі атоми вуглецю розташовані в шестикутнику, і кожен атом вуглецю ковалентно пов'язаний з трьома сусідніми атомами вуглецю з гібридною орбітальною орбітальністю SP2, а електрони на решті р -орбітальної форми. В даний час вуглецеві матеріали на основі графіту на ринку в основному включають такі категорії: високо графітовані мезофазні вуглецеві мікробі (MCMB), графітизовані волокна, штучний графіт та природний графіт.

MCMB має сферичну загальну форму, високу щільність укладання, дуже впорядковану структуру укладання шару та відносно велику вбудовану здатність літію на одиницю об'єму. Він вперше був розроблений та вироблений газовою компанією Osaka з Японії і використовується як негативний електродний матеріал для літій-іонних акумуляторів. MCMB має гладку поверхню та невелику специфічну площу поверхні, що може зменшити виникнення граничних реакцій електрода під час зарядки та розряду, тим самим зменшуючи втрату здатності під час першого процесу зарядки; Крім того, невелика куля має пластинчасту структуру, яка сприяє вбудовуванню та де-відшкодуванню іонів літію з усіх напрямків кулі, зменшуючи набряк та колапс графітових листів, спричинених надмірною анізотропією графітових матеріалів, і, таким чином, має певну швидку і високу поточну зарядку та здатність до розряду. Високо графітозований MCMB отримують шляхом піддання органічної речовини вугільної дьогтю для теплової поліконденсації для отримання мезофазних вуглецевих кульок, які потім очищають вилученням розчинника та іншими методами, а потім термо обробляються. Як негативний електродний матеріал для літій-іонних акумуляторів, MCMB має великий вплив на його введення літію за рахунок температури та часу обробки тепла. MCMB-це один з головних негативних електродів, які зараз використовуються в невеликих літій-іонних акумуляторних батареях та акумуляторних акумуляторах, але основні його проблеми-це низька специфічна ємність та висока ціна.

Окрім MCMB, існують інші форми штучного графіту, виготовленого з графітизуваного вуглецю. Графітове волокно, що витримується пари,-це графітизований волокнистий матеріал з трубчастою порожнистою структурою. Як негативний електродний матеріал для літій-іонних акумуляторів, він має специфічну здатність до розряду понад 320 мА-г/г та початковий заряд та ефективність розряду 93%. Порівняно з іншими вуглецевими або графітовими негативними електродними матеріалами, літій-іонні акумулятори з використанням графітового волокна, що визначається парою, як негативний електрод, мають більш чудову велику продуктивність розряду струму та низькі показники розряду та довший термін експлуатації циклу. Однак, завдяки складному процесі підготовки газопрофазних осаджених графітових волоконних матеріалів та високої вартості матеріалів, його масштабне застосування в літій-іонних акумуляторах підлягає певним обмеженням. Штучний графіт, підготовлений допінгом, структурною регулюванням або модифікацією поверхні легкозабезпеченого вуглецю, таким як нафтопровідна кокс та високотемпературна графітизаційна обробка, має хороші показники циклу та ціна, нижча за MCMB. В даний час Японія та інші країни розпочали фактичне виробництво та використання. Існує також багато недоліків графіту як негативного електрода, наприклад: плівка SEI під час циклу заряду та розряду, що спричиняє розширення матриці та втрату потужностей, при цьому призводить до того, що графітовий шар лущиться та зменшує життя; Графітовий матеріал має погану сумісність з розчинником ПК; Li* можна лише вбудувати та витягнути з межі пластівців, і через невелику ділянку реакції/вилучення та довгий шлях дифузії він не підходить для великої зарядки струму та розряду; Графітова температура термічної обробки зазвичай повинна перевищувати 2000c, що збільшує виробничі витрати; Коли потенціал досягає 0 В або нижче, металевий літій може бути осаджений на графітному електроді. Завдяки вищезазначеним недоліком немодифікованого графіту, модифікований графіт широко використовується на практиці. Серед них поверхневе покриття, хімічна модифікація та сфероїдія в даний час є основними методами лікування. Поверхневе покриття включає органічне покриття та неорганічне покриття, а хімічна модифікація в основному включає окислення, відновлення та поверхневу хімічну модифікацію.