Почему в литиевых батареях используется графитовый катодный материал?

Литий-ионный аккумулятор относится к системе вторичных аккумуляторов, в которую встроены два разных литиевых соединения в качестве анода и катода. Во время зарядки ион лития отделяется от анода, проходит через электролит и диафрагму и внедряется в катод; Во время разряда ион лития выходит из катода через электролит и диафрагму и внедряется в анод. Катод литий-ионной батареи изготовлен из активного катодного материала, клеев и добавок, которые равномерно смешивают клейкую пасту с обеих сторон медной фольги путем сушки и прокатки.

Преимущество графита как катодного материала

Графит - это углеродный аллотроп, оба тесно связаны. Графит - наиболее стабильная форма углеродного элемента (алмаз - это разновидность метастабильных аллотропов углерода, хотя его твердость намного выше, чем у графита, но это самое твердое вещество в природе, но его стабильность ниже, чем у графита).

Термин «графит» от греческого «графеин» означает, что этот материал устойчив к высоким температурам, коррозии, хорошей электропроводности, теплопроводности и стабильным химическим свойствам, а также легче алюминия. Помимо анодных материалов для литий-ионных батарей, высококачественный графит также может использоваться для топливных элементов, солнечных элементов, полупроводников, светодиодов, а также для различных областей, таких как ядерные реакторы.

В общем, графит с высокой электропроводностью, слоистой структурой при небольшом изменении объема до и после преимуществ высокой емкости интеркалированного лития и низкого уровня встроенного литиевого электричества стал основным направлением коммерческих катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. .

Доступ графита

Для графита можно использовать один из двух способов: один - это природная руда, второй - синтез каменноугольной смолы. И литий-ионный аккумулятор с использованием графитового материала обычно состоит из 55% графита и 45% подготовки из природного графита низкой чистоты для согласования.

Производители когда-то пользовались популярностью синтетический графит, потому что по однородности и чистоте синтетический графит превосходит натуральный графит. Сейчас уже не то же самое, применение современных методов химической очистки позволяет при термообработке получить натуральный графит чистотой 99,9%. Синтез, напротив, чистота графита составляла 99%, и первый более популярен.

По сравнению с синтетическим графитом, очищенный натуральный чешуйчатый графит имеет более высокую кристалличность, показывает лучшую электропроводность и теплопроводность. Кроме того, ожидается, что природный графит снизит стоимость производства литий-ионных аккумуляторов, и в то же время сможет обеспечить такие же или даже более высокие характеристики аккумуляторов.

Можно ожидать, что если синтетический графит будет заменен, будущее за более дешевым и экологически чистым, природным графитом и графеном, синтезированным из природного графита, подойдет больше.

Механизм интеркалированного ли графита

Графит с хорошей электропроводностью, высокой степенью кристаллизации, хорошей слоистой структурой, очень подходит для многократно встроенных - встроенных ионов лития, в настоящее время является наиболее широко используемой и наиболее зрелой технологией катодных материалов. Ионы лития, внедренные после графитовых слоев, образуют объединенный интеркалированный литий LixC6 (0 x 1 или меньше или меньше), теоретическая емкость составляет 372 мАч / г (x = 1), реакционная способность: xLi ++ 6 c + xe - -> LixC6

Литий-ионный встроенный способ сделать слой графита и слой между накоплением ABAB AAAA.

Модификация графита

Из-за того, что расстояние между слоями графита (d 0,34 нм или менее) меньше, чем расстояние между кристаллическими слоями соединений интеркалированного лития графита LixC6 (0,37 нм), что в процессе зарядки и разрядки, расстояние между слоями графита изменяется, легко может образоваться чешуйчатый слой графита. , измельчение, будет происходить ионы лития и молекулы органического растворителя, общий встроенный графитовый слой и разложение органического растворителя, что влияет на производительность клеточного цикла.

Посредством модификации графита, например, в угле, окисление поверхности графита, пиролиз полимерного покрытия с образованием составного графита со структурой ядро-оболочка может улучшить зарядные и разрядные характеристики графита и повысить удельную емкость.

Другие анодные материалы

В настоящее время графитовые анодные материалы являются основным направлением коммерческих литий-ионных аккумуляторов, их теоретическая емкость 372 мАч / г, представленная на рынке с лучшими характеристиками графитовых анодных материалов, смогла достичь 360 мАч / г, г емкость постепенно имеет тенденцию. ограничить значение. Хотя графит в качестве материала катода имеет низкую емкость g, такую как недостаток отклонения округлости, но с высокой стоимостью класса графитовых анодных материалов, он не будет немедленно заменен новыми материалами, конкретные причины заключаются в следующем:

1. Новая технология анодных материалов не является зрелой, также требуется много времени для повышения производительности;

2. Цена на новые анодные материалы выше, преимущество в цене графитового анода очевидно;

3. Анодные материалы должны соответствовать анодным материалам, электролиту и использованию, и в настоящее время анодный материал с удельной емкостью обычно невысок.

Страница содержит содержимое машинного перевода.