Negatif elektrot malzemelerinin temel bilgisi - grafit malzemeler

Negatif elektrot malzemelerinin temel bilgisi - grafit malzemeler
Grafit, lityum iyon pillerde kullanılan en eski karbon negatif elektrot malzemelerinden biridir. İyi iletkenlik, yüksek kristallik ve iyi bir katmanlı yapıya sahiptir. Lityum iyonlarının lityum-grafit ara katman bileşikleri oluşturmak için yerleştirilmesi/ekstraksiyonu için çok uygundur. Şarj-deşarja özgü kapasite 300mA-H/g'den fazla ulaşabilir, şarj-deşarj verimliliği%90'dan fazladır ve geri dönüşümsüz kapasite 50mA'dan azdır. Grafitteki lityum ekstraksiyon reaksiyonu yaklaşık 0 ~ 0.25V (Li+/Li'ye karşı) 'da gerçekleşir. İyi bir şarj-deşarj potansiyel platformuna sahiptir ve LIMN2O4 dahil birçok pozitif elektrot malzemesini eşleştirebilir. Pilin ortalama çıkış voltajı yüksektir. Şu anda lityum iyon piller için en yaygın kullanılan negatif elektrot malzemesidir. Grafit altıgen kristal sistemine aittir. Kristalleri, karbon atomlarından oluşan altıgen ağ düzlemlerinden oluşur ve düzenli olarak istiflenir. Katmanlı bir yapıya sahiptir.
Her tabakada, karbon atomları bir altıgen içinde düzenlenir ve her karbon atomu, bir SP2 hibrit orbital ile üç bitişik karbon atomuna ve kalan P orbital formu delokalize bağlar üzerindeki elektronlara kovalent olarak bağlanır. Şu anda, piyasadaki grafit bazlı karbon malzemeleri esas olarak aşağıdaki kategorileri içermektedir: yüksek derecede grafitlenmiş mezofaz karbon mikro boncukları (MCMB), grafitlenmiş lifler, yapay grafit ve doğal grafit.

MCMB, küresel bir genel şekle, yüksek istifleme yoğunluğuna, yüksek oranda sıralı bir katman istifleme yapısına ve birim hacim başına nispeten büyük bir lityum gömme kapasitesine sahiptir. İlk olarak Japonya Osaka Gas Company tarafından geliştirildi ve üretildi ve lityum iyon piller için negatif bir elektrot malzemesi olarak kullanıldı. MCMB, şarj ve boşaltma sırasında elektrot sınır reaksiyonlarının oluşumunu azaltabilen, böylece ilk şarj işlemi sırasında kapasite kaybını azaltabilen pürüzsüz bir yüzeye ve küçük bir spesifik yüzey alanına sahiptir; Buna ek olarak, küçük top, topun her yönünden lityum iyonlarının gömülmesine ve gömülmesine elverişli olan bir lamel yapısına sahiptir, grafit malzemelerin aşırı anizotropisinin neden olduğu grafit tabakalarının şişmesini ve çökmesini azaltır ve bu nedenle belirli bir hızlı ve yüksek akım şarj ve deşarj yeteneğine sahiptir. Yüksek grafiğe sahip MCMB, kömür katrısı perdesi organik maddesinin termal polikondensasyona tabi tutulmasıyla, daha sonra çözücü ekstraksiyonu ve diğer yöntemlerle saflaştırılan ve daha sonra ısıl işlem görür. Lityum-iyon piller için negatif bir elektrot malzemesi olarak, MCMB, ısıl işlem sıcaklığı ve süresi nedeniyle lityum yerleştirme performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. MCMB, şu anda uzun hayattaki küçük lityum iyon pillerde ve güç pillerinde kullanılan ana negatif elektrot malzemelerinden biridir, ancak ana sorunları düşük özel kapasite ve yüksek fiyattır.

MCMB'ye ek olarak, grafitleştirilebilir karbondan yapılmış başka yapay grafit formları da vardır. Buharla yatan grafit fiber, boru şeklindeki içi boş bir yapıya sahip grafitlenmiş bir fiber malzemedir. Lityum-iyon piller için negatif bir elektrot malzemesi olarak, 320mA-H/g'den fazla deşarja özgü kapasiteye ve%93'lük bir başlangıç ​​yükü ve deşarj verimliliğine sahiptir. Diğer karbon veya grafit negatif elektrot malzemeleriyle karşılaştırıldığında, negatif elektrot olarak buhar-çökmüş grafit fiber kullanan lityum iyon piller, daha mükemmel büyük akım deşarj performansı ve düşük sıcaklık deşarj performansı ve daha uzun döngü ömrüne sahiptir. Bununla birlikte, gaz fazı birikmiş grafit fiber malzemelerinin karmaşık hazırlama işlemi ve yüksek malzeme maliyeti nedeniyle, lityum-iyon pillerdeki büyük ölçekli uygulaması belirli kısıtlamalara tabidir. Petrol kola gibi kolayca grafitize karbonun doping, yapısal ayar veya yüzey modifikasyonu ve yüksek sıcaklık grafitleme tedavisi ile hazırlanan yapay grafit, iyi bir döngü performansı ve MCMB'den daha düşük bir fiyata sahiptir. Şu anda, Japonya ve diğer ülkeler gerçek üretim ve kullanıma başladı. Negatif bir elektrot olarak grafitin birçok dezavantajı vardır, örneğin: SEI filmi yük ve deşarj döngüsü sırasında oluşur, matris genişlemesine ve kapasite kaybına neden olurken, grafit katmanının ömrü soymasına ve azaltmasına neden olur; Grafit malzemesi PC çözücü ile zayıf uyumluluğa sahiptir; Li* sadece pul sınırından gömülebilir ve ekstrakte edilebilir ve küçük gömme/ekstraksiyon reaksiyon alanı ve uzun difüzyon yolu nedeniyle, büyük akım şarj ve deşarj için uygun değildir; Grafit ısıl işlem sıcaklığının genellikle 2000C'nin üzerinde olması gerekir, bu da üretim maliyetini artırır; Potansiyel 0V veya daha düşük seviyeye ulaştığında, grafit elektrot üzerine metalik lityum birikebilir. Değiştirilmemiş grafitin yukarıdaki dezavantajları nedeniyle, modifiye edilmiş grafit pratikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar arasında yüzey kaplaması, kimyasal modifikasyonu ve sferoidizasyon şu anda ana tedavi yöntemleridir. Yüzey kaplama organik kaplama ve inorganik kaplamayı içerir ve kimyasal modifikasyon esas olarak oksidasyon, indirgeme ve yüzey kimyasal modifikasyonunu içerir.