Модификация поверхности позволяет графитовому аноду выделиться

Графит стал первым коммерческим анодным материалом для литий-ионных аккумуляторов.
Первая коммерческая модель литий-ионного аккумулятора, разработанная Sony в Японии в 1990 году, сочетала оксид лития-кобальта с графитом. После тридцати лет разработки графит остается самым надежным и широко используемым анодным материалом. Модификация поверхности графита стала основным направлением усовершенствования высокобезопасных систем литиевых аккумуляторов.

Графит имеет хорошую слоистую структуру, в которой атомы углерода расположены в гексагональном узоре, простирающемся в двух измерениях. Сила межслоевой связи — это сила Ван-дер-Ваальса, с межслоевым расстоянием 0,3354 нм, демонстрируя анизотропные характеристики.
Графит, как анодный материал для литий-ионных аккумуляторов, обладает высокой селективностью к электролитам. Однако его производительность при сильноточном заряде и разряде низкая. Во время первого цикла заряда и разряда сольватированные ионы лития внедряются между слоями графита. Эти ионы восстанавливаются и разлагаются, образуя новые вещества, вызывая расширение объема. Это может напрямую привести к разрушению слоев графита, ухудшая циклические характеристики электрода.
Поэтому для улучшения обратимой емкости графита необходима его модификация.
Он также улучшает качество пленки SEI, повышает совместимость с электролитами и улучшает циклические характеристики.

В настоящее время методы модификации поверхности графитовых анодов в основном включают механическую шаровую мельницу, поверхностное окисление и галогенирование, нанесение покрытий на поверхность и легирование элементами.

Механическая шаровая мельница

Метод механического шарового измельчения изменяет структуру и морфологию поверхности графитового анода физическими средствами. Это увеличивает площадь поверхности и площадь контакта, тем самым улучшая эффективность хранения и высвобождения литий-ионов.

• Уменьшение размера частиц: Механическое шаровое измельчение позволяет значительно уменьшить размер частиц графита, придавая материалу графитового анода большую удельную площадь поверхности.
  Меньшие размеры частиц способствуют быстрой диффузии ионов лития, улучшая производительность аккумулятора.
• Представляем новые фазы: В процессе шаровой мельницы частицы графита могут подвергаться фазовым переходам из-за механических сил. Например, введение ромбовидной равной новой фазы
  Присутствие этих новых фаз обеспечивает больше мест хранения лития, увеличивая емкость графита по хранению лития.
• Увеличение пористости: Шаровая мельница также создает многочисленные микропоры и дефекты на поверхности частиц графита. Эти пористые структуры действуют как быстрые каналы для ионов лития, улучшая скорость их диффузии и эффективность зарядки и разрядки аккумулятора.
• Улучшение проводимости: Механическое измельчение не изменяет напрямую проводимость графита.
  Уменьшает размер частиц и создает пористость.
  Это обеспечивает лучший контакт между графитовым анодом и электролитом.
  В результате улучшается проводимость и электрохимические характеристики аккумулятора.

Поверхностное окисление и галогенирование

Окислительная и галогенирующая обработка может улучшить химические свойства графитовых анодных материалов на границе раздела фаз.

Поверхностное окисление

Поверхностное окисление обычно включает газофазное окисление и жидкофазное окисление.

Газофазное окисление в основном использует воздух, O2, O3, CO2, C2H2 и другие газы в качестве окислителей. Эти газы реагируют с графитом в реакции на границе газ-твердое тело, уменьшая активные центры на поверхности графита. Это снижает необратимую потерю емкости в первом цикле.
В то же время он генерирует больше микропор и наноканалов, увеличивая пространство для хранения литий-ионов. Это помогает улучшить обратимую емкость и повысить производительность графитового анода.

Жидкофазное окисление в основном использует растворы сильных химических окислителей, таких как HNO3, H2SO4 и H2O2, для реакции с графитом. Это улучшает его электрохимические характеристики.
Однако неправильный контроль раствора может привести к разрушению графитовых слоев. Поэтому важно учитывать, могут ли введенные примеси нанести вред эксплуатационным характеристикам электрода. Кроме того, в результате реакции образуются газы или растворы, которые вредны для окружающей среды, инструментов и оборудования.

Поверхностное галогенирование

Благодаря галогенированию на поверхности натурального графита формируются структуры CF, что повышает его структурную стабильность. Это предотвращает сброс слоя графита во время циклирования. Галогенирование натурального графита также снижает внутреннее сопротивление, увеличивает емкость и улучшает характеристики заряда-разряда.
Исследования показывают, что эффект модификации сильно зависит от типа используемого графита. Простое окисление или галогенирование графита обеспечивает ограниченное улучшение электрохимических характеристик и не отвечает практическим требованиям. Таким образом, исследователи объединяют окисление или галогенирование с покрытием для улучшения электрохимических характеристик графита, достигая лучших результатов.

Покрытие поверхности

Модификация поверхностного покрытия графитовых анодных материалов включает углеродные, металлические или неметаллические, оксидные и полимерные покрытия.
Поверхностное покрытие улучшает обратимую емкость, кулоновскую эффективность первого цикла, производительность цикла и производительность заряда-разряда при высоких токах.

Легирование элементов

Легирование элементами относится к намеренному включению или загрузке определенных металлов или неметаллов в графитовые материалы. Это изменяет микроструктуру материала, улучшая способность графитового анода к вставке/извлечению Li.
В результате он улучшает емкость хранения лития и циклическую стабильность графита. Неметаллические элементы, легированные в графитовые материалы, в основном включают B, N, Si, P, S и т. д. Металлические элементы включают Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Ag и т. д., а также разрабатываются различные соединения легирования.

Заключение

Технология модификации поверхности повышает эффективность хранения и высвобождения ионов лития за счет изменения структуры поверхности, морфологии и химических свойств графитового анода.
Развитие этой технологии помогает повысить плотность энергии, продлить срок службы и улучшить показатели безопасности литий-ионных аккумуляторов.

ЭПИЧЕСКИЕ шаровая мельница и классификационное оборудование также может предоставить вам эксклюзивные решения для модификации поверхности графита, помогая вам быстро решать проблемы.