Grundläggande kunskaper om negativa elektrodmaterial - grafitmaterial

Grundläggande kunskaper om negativa elektrodmaterial - grafitmaterial
Grafit är ett av de tidigaste kolnegativa elektrodmaterial som används i litiumjonbatterier. Den har god konduktivitet, hög kristallinitet och en bra skiktad struktur. Det är mycket lämpligt för införandet/extraktionen av litiumjoner för att bilda litium-grafit mellanlagringsföreningar. Den specifika kapaciteten för avgiftsbelastningen kan nå mer än 300 mA-H/g, avgiftsavgiftens effektivitet är mer än 90%och den irreversibla kapaciteten är mindre än 50 mA • H/g. Litiumekstraktionsreaktionen i grafit sker vid cirka 0 ~ 0,25V (mot Li+/Li). Den har en bra laddningspotentialplattform och kan matcha många positiva elektrodmaterial inklusive LIMN2O4. Batteriets genomsnittliga utgångsspänning är hög. Det är för närvarande det mest använda negativa elektrodmaterialet för litiumjonbatterier. Grafit tillhör det hexagonala kristallsystemet. Dess kristaller består av hexagonala nätplan sammansatta av kolatomer och staplas regelbundet. Den har en skiktad struktur.
I varje skikt är kolatomer arrangerade i en hexagon, och varje kolatom är kovalent bundna till tre angränsande kolatomer med en SP2 -hybrid orbital, och elektronerna på den återstående p orbitalformen delokaliserade bindningar. För närvarande inkluderar de grafitbaserade kolmaterialen på marknaden främst följande kategorier: mycket grafitiserade mesofaskolmikrokor (MCMB), grafitiserade fibrer, konstgjord grafit och naturlig grafit.

MCMB har en sfärisk övergripande form, en hög staplingstäthet, en mycket ordnad skiktstaplingsstruktur och en relativt stor litiuminbäddningskapacitet per enhetsvolym. Det utvecklades och producerades först av Osaka Gas Company i Japan och används som ett negativt elektrodmaterial för litiumjonbatterier. MCMB har en slät yta och en liten specifik ytarea, vilket kan minska förekomsten av elektrodgränsreaktioner under laddning och urladdning, vilket minskar kapacitetsförlusten under den första laddningsprocessen; Dessutom har den lilla bollen en lamellstruktur, som är gynnsam för inbäddning och avbäddning av litiumjoner från alla riktningar av bollen, vilket minskar svullnad och kollaps av grafitark orsakade av överdriven anisotropi av grafitmaterial och har därmed en viss snabb och hög nuvarande laddning och avdelning. Mycket grafitiserad MCMB erhålls genom att utsätta organiskt material för koltjära för termisk polycondensation för att erhålla mesofaskolbollar, som sedan renas genom lösningsmedelsextraktion och andra metoder och sedan värmebehandlas. Som ett negativt elektrodmaterial för litiumjonbatterier har MCMB ett stort inflytande på sin litiuminsättningsprestanda på grund av värmebehandlingstemperatur och tid. MCMB är ett av de viktigaste negativa elektrodmaterialet som för närvarande används i små litiumjonbatterier med lång livslängd, men dess huvudsakliga problem är låg specifik kapacitet och högt pris.

Förutom MCMB finns det andra former av konstgjord grafit tillverkad av grafitiserbart kol. Vapor-deponerad grafitfiber är ett grafitiserat fibermaterial med en rörformig ihålig struktur. Som ett negativt elektrodmaterial för litiumjonbatterier har det en urladdningsspecifik kapacitet på mer än 320 mA-H/g och en initial laddnings- och urladdningseffektivitet på 93%. Jämfört med andra kol- eller grafit negativa elektrodmaterial har litiumjonbatterier som använder ång-deponerad grafitfiber som negativ elektrod mer utmärkt stor strömavladdningsprestanda och låg temperaturutsläppsprestanda och längre cykellivslängd. På grund av den komplexa beredningsprocessen för gasfas deponerade grafitfibermaterial och höga materialkostnader är dess storskaliga applikation i litiumjonbatterier föremål för vissa begränsningar. Konstgjord grafit framställd genom doping, strukturell justering eller ytmodifiering av lätt grafitiserat kol såsom petroleumkoks och högtemperaturgrafitiseringsbehandling har god cykelprestanda och ett pris lägre än MCMB. För närvarande har Japan och andra länder påbörjat den faktiska produktionen och användningen. Det finns också många nackdelar med grafit som en negativ elektrod, såsom: SEI -film bildas under laddnings- och urladdningscykeln, vilket orsakar matrisutvidgning och kapacitetsförlust, samtidigt som grafitskiktet skalar av och minskar livet; Grafitmaterial har dålig kompatibilitet med PC -lösningsmedel; Li* kan endast inbäddas och extraheras från flinggränsen, och på grund av det lilla inbäddnings-/extraktionsreaktionsområdet och den långa diffusionsvägen är det inte lämpligt för stor strömladdning och urladdning; Grafitvärmebehandlingstemperaturen måste vanligtvis vara över 2000C, vilket ökar produktionskostnaden; När potentialen når 0V eller lägre kan metallitium deponeras på grafitelektroden. På grund av ovanstående nackdelar med omodifierad grafit används modifierad grafit allmänt i praktiken. Bland dem är ytbeläggning, kemisk modifiering och sfäroidisering de viktigaste behandlingsmetoderna för närvarande. Ytbeläggning inkluderar organisk beläggning och oorganisk beläggning, och kemisk modifiering inkluderar huvudsakligen oxidation, reduktion och ytkemisk modifiering.