Osnovno znanje o negativnih elektronskih materialih - grafitni materiali

Osnovno znanje o negativnih elektronskih materialih - grafitni materiali
Graphite je eden najzgodnejših ogljikovih negativnih elektrod, ki se uporabljajo v litiju - ionskih baterij. Ima dobro prevodnost, visoko kristalnost in dobro večplastno strukturo. Zelo primeren je, da vstavite/ekstrakcija litijevih ionov, da tvori litij - grafitne interlastne spojine. Naboj - specifična zmogljivost lahko doseže več kot 300MA - h/g, učinkovitost praznjenja naboja - je več kot 90%, nepovratna zmogljivost pa manjša od 50mA • h/g. Reakcija ekstrakcije litija v grafitu se pojavi pri približno 0 ~ 0,25 V (v primerjavi z Li+/Li). Ima dober naboj - potencialne platforme za praznjenje in se lahko ujema s številnimi pozitivnimi materiali za elektrodo, vključno z LIMN2O4. Povprečna izhodna napetost baterije je velika. Trenutno je najpogosteje uporabljen negativni elektrodni material za litij - ionske baterije. Grafit spada v šesterokotni kristalni sistem. Njeni kristali so sestavljeni iz šesterokotnih mrežnih ravnin, sestavljenih iz ogljikovih atomov in so redno zloženi. Ima večplastno strukturo.
V vsaki plasti so ogljikovi atomi razporejeni v šesterokotniku in vsak ogljikov atom je kovalentno vezan na tri sosednje ogljikove atome s hibridno orbitalo SP2, elektroni pa na preostali P orbitalni obliki delokalizirane vezi. Trenutno ogljikovi materiali na osnovi grafita - na trgu vključujejo predvsem naslednje kategorije: visoko grafitizirane mezofazne ogljikove mikrobeade (MCMB), graficirana vlakna, umetni grafit in naravni grafit.

MCMB ima sferično celotno obliko, visoko gostoto zlaganja, visoko urejeno strukturo zlaganja plasti in razmeroma velika litij vgrajena zmogljivost na enoto volumna. Najprej ga je razvila in izdelala Japonska družba Osaka Gas Company in se uporablja kot negativni elektrodni material za litijeve - ionske baterije. MCMB ima gladko površino in majhno specifično površino, kar lahko zmanjša pojav mejnih reakcij elektrode med polnjenjem in odvajanjem in s tem zmanjša izgubo zmogljivosti med prvim postopkom polnjenja; Poleg tega ima majhna kroglica lamelarno strukturo, ki vodi v vdelavo in de - vdelavo litijevih ionov iz vseh smeri kroglice, zmanjšuje oteklino in propad grafitnih listov, ki jih povzroča prekomerna anizotropija grafitnih materialov, in tako ima hitro in visoko tokostno sposobnost in odpravljanje. Visoko grafitizirano MCMB dobimo tako, da podvržemo organski snovi premoga katrana na toplotno polikondenzacijo, da dobimo mezofazne ogljikove kroglice, ki jih nato očistijo z ekstrakcijo topila in drugimi metodami, nato pa toplotno obdelano. Kot negativni elektrodni material za litijeve - ionske baterije ima MCMB velik vpliv na učinkovitost vstavitve litija zaradi temperature in časa toplote. MCMB je eden glavnih negativnih elektrod, ki se trenutno uporablja v dolgih - Life Mali litij - ionske baterije in napajalne baterije, vendar so njegove glavne težave nizka specifična zmogljivost in visoka cena.

Poleg MCMB obstajajo tudi druge oblike umetnega grafita, narejenega iz grafitizacijskega ogljika. Vapor - Deponirana grafitna vlakna je grafitiziran material vlaken s cevasto votlo strukturo. Kot negativni elektrodni material za litijeve - ionske baterije ima specifično zmogljivost več kot 320mA - h/g in začetno učinkovitost naboja in praznjenja 93%. V primerjavi z drugimi ogljikovimi ali grafitnimi negativnimi elektrodnimi materiali je litij - ionske baterije z uporabo hlapov - deponirana grafitna vlakna kot negativna elektroda bolj odlična zmogljivost velikega toka in nizko temperaturno delovanje izpusta ter daljšo življenjsko dobo cikla. Vendar pa je zaradi kompleksnega postopka pripravljanja plina - faza deponiran materiali grafitnih vlaken in visoke stroške materiala, njegova velika - aplikacija v litiju - ionske baterije je podvržena določenim omejitvam. Umetni grafit, pripravljen z dopingom, strukturno prilagoditvijo ali površinsko spreminjanjem zlahka grafitiziranega ogljika, kot sta naftni koks in visoka - temperaturna grafitizacijska obdelava ima dobro zmogljivost cikla in ceno nižjo od MCMB. Trenutno so Japonska in druge države začele dejansko proizvodnjo in uporabo. Obstaja tudi veliko pomanjkljivosti grafita kot negativne elektrode, kot je: SEI film se oblikuje med ciklom naboja in praznjenja, kar povzroči širitev matrice in izgubo zmogljivosti, hkrati pa povzroči, da se grafitni sloj olupi in zmanjšuje življenjsko dobo; Grafitni material ima slabo združljivost z računalniškim topilom; Li* je mogoče vgraditi in izvleči le iz meje kosmičev in zaradi majhne reakcijske površine vdelave/ekstrakcije in dolge difuzijske poti ni primeren za veliko polnjenje in odvajanje toka; Temperatura grafitne toplotne obdelave mora biti običajno nad 2000C, kar poveča proizvodne stroške; Ko potencial doseže 0V ali nižji, se lahko kovinski litij odloži na grafitno elektrodo. Zaradi zgornjih slabosti nespremenjenega grafita se v praksi pogosto uporablja spremenjeni grafit. Med njimi so trenutno glavne metode zdravljenja med njimi površinska prevleka, kemična sprememba in sferoidizacija. Površinska prevleka vključuje organsko prevleko in anorgansko prevleko, kemične modifikacije pa v glavnem vključuje oksidacijo, zmanjšanje in spreminjanje površinske kemikalije.