Osnovno znanje o materijalima za negativne elektrode - Grafitni materijali

Osnovno znanje o materijalima za negativne elektrode - Grafitni materijali
Grafit je jedan od najranijih materijala za negativne elektrode ugljika koji se koriste u litijum-jonskim baterijama. Ima dobru provodljivost, visoku kristalnost i dobru sloj strukturu. Vrlo je pogodan za umetanje / vađenje litijum-jona za formiranje litijum-grafitnih slojeva međubrana. Kapacitet specifičnog za pražnjenje naknada može dostići više od 300mA-H / g, efikasnost pražnjenja punjenja je veća od 90%, a nepovratni kapacitet je manji od 50mA • H / g. Reakcija ekstrakcije litijuma u grafitima javlja se na oko 0 ~ 0,25V (vs. li + / li). Ima dobru platformu za pražnjenje punjenja i može odgovarati mnogim pozitivnim materijalima elektrode, uključujući limn2o4. Prosječni izlazni napon baterije je visok. Trenutno je najčešće korišteni negativni elektroda za litijum-jonske baterije. Grafit pripada šesterokutnom kristalnom sistemu. Njeni kristali sastoji se od šesterokutnih mrežastih aviona sastavljenih od atoma ugljika i redovno se slažu. Ima slojevitu strukturu.
U svakom sloju, atomi ugljika su raspoređeni u šesterokutu, a svaki ugljični atom je kovalentno vezan na tri susjedna atoma ugljika sa hibridnim orbitalom SP2, a elektroni na preostalih p delokaliziranih obveznica. Trenutno se grafitni ugljični materijali na tržištu uglavnom uključuju sljedeće kategorije: visoko grafitizirani mezofazni ugljični mikrobeads (MCMB), grafitizirana vlakna, umjetni grafit i prirodni grafit.

MCMB ima sferni cjelokupni oblik, visoku gustoću slaganja, visoko naručena struktura slojeva i relativno veliki kapacitet ugradnje litijuma po volumen jedinice. Prvo ga je razvila i producirala Gas kompanije Osaka u Japanu i koristi se kao negativni materijal elektrode za litijum-jonske baterije. MCMB ima glatku površinu i malu specifičnu površinu, što može smanjiti pojavu graničnih reakcija elektrode tijekom punjenja i pražnjenja, na taj način smanjenje gubitka kapaciteta tokom prvog procesa punjenja; Pored toga, mala lopta ima lamelarna struktura, koja se pogoduje u ugradnju litijumskih jona iz svih uputa lopte, smanjujući oticanje i kolaps grafitnih listova uzrokovanih pretjeranim anisotropijom grafitnih materijala, a na taj način ima određenu sposobnost brze i visoke strujne i visoke mogućnosti za punjenje i praćenje. Visoko grafitizirani MCMB dobiva se podvrgavanjem organske tvari za podlogu Tar Tarter za toplotnu siklondenzaciju za dobivanje mezofaznih ugljičnih kuglica, koje se zatim pročišćavaju vađenjem otapala i drugim metodama, a zatim se liječe za toplinu. Kao negativni materijal elektrode za litijum-jonske baterije, MCMB ima veliki utjecaj na svoj litijumski umetnuti učinak zbog temperature i vremena za pročišćavanje topline. MCMB je jedan od glavnih negativnih materijala elektrode koji se trenutno koriste u dugožilnim malim litijum-jonskim baterijama i električnim baterijama, ali njegovi glavni problemi su niski specifični kapacitet i visoka cijena.

Pored MCMB-a, postoje i drugi oblici umjetnog grafita izrađenih od grafitibilnog ugljika. Grafitni vlakni odloženi pare je grafitirani vlaknik materijal s tubularne šuplje strukture. Kao negativni materijal elektrode za litijum-jonske baterije, ima specifični kapacitet za pražnjenje više od 320mA-H / g i početno punjenje i efikasnost pražnjenja od 93%. U usporedbi s drugim ugljičnim ili grafitnim materijalima za elektrode, litijum-jonske baterije koristeći grafitnu vlaknu pare kao negativnu elektrodu imaju više odličnijih velikih strujnih ispražnjenja i performanse pražnjenja niskog temperature, i duži vijek trajanja. Međutim, zbog složenog procesa pripreme za plinsko-fazni materijali od grafitnih vlakana i visokih materijalnih troškova, njegova velika primjena u litijum-jonskim baterijama podliježu određenim ograničenjima. Umjetni grafit pripremljen dopingom, strukturno podešavanje ili površinska izmjena lako grafitiziranog ugljenika, poput naftne koke i obračuna visoke temperature ima dobre cikluse i cijenu niže od MCMB-a. Trenutno su Japan i druge zemlje započele stvarnu proizvodnju i upotrebu. Postoji i mnogo nedostataka grafita kao negativne elektrode, poput: SEI filma formiran je tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja, uzrokujući širenje matrice i gubitka kapaciteta, a da se grafitni sloj skine i smanjuje život; Grafitni materijal ima lošu kompatibilnost sa PC Solvent; Li * može se ugraditi i izvući samo iz granice pahuljica, a zbog malog reagiranja u ekranu / ekstrakciji i dugog difuzijskog puta, nije pogodan za velike struje punjenja i pražnjenja; Grafitna temperatura za toplinsku obradu obično treba biti iznad 2000c, što povećava troškove proizvodnje; Kada potencijal dosegne 0V ili niži, metalni litijum može biti taložen na grafitnu elektrodu. Zbog gore navedenih nedostataka nemodificiranog grafita, modificirani grafit se široko koristi u praksi. Među njima, površinski premaz, hemijska modifikacija i sferoidizacija su prisutni glavni način liječenja. Površinski premaz uključuje organski premaz i anorganski premaz, a hemijska modifikacija uglavnom uključuje oksidaciju, smanjenje i površinsku hemijsku modifikaciju.