Comprender el material del ánodo de la batería de litio: grafito esférico
El grafito (refiriéndose a la piedra natural, lo mismo a continuación) es un recurso mineral no metálico. Los materiales de grafito tienen varias propiedades especiales, como resistencia a altas temperaturas, conductividad eléctrica, conductividad térmica, lubricación, estabilidad química, plasticidad y resistencia al choque térmico. Entre ellos, el grafito esférico es un producto de alta gama en grafito y se utiliza en industrias emergentes estratégicas como vehículos de nueva energía, almacenamiento de energía y protección del medio ambiente.
El grafito esférico está hecho de grafito en escamas natural de alta calidad con alto contenido de carbono como materia prima, y la superficie del grafito se modifica mediante tecnología de procesamiento avanzada para producir productos de grafito con diferentes finuras y formas, como esferas ovaladas.
Indicadores para medir grafito esférico
- Índice de rendimiento físico
Tamaño de partícula (D50, μm), densidad del grifo (g / cm³), área de superficie específica (㎡ / g), humedad (%), carbono fijo (%)
- Índice de rendimiento electroquímico
Eficiencia de Coulomb (%), capacidad de carga (mAh / g), ciclo de vida (ciclos)
Ventajas y desventajas del grafito natural.
El grafito natural tiene las ventajas de ser utilizado como material de electrodo negativo para baterías de iones de litio: fuentes amplias, precio bajo, plataforma de bajo voltaje de carga y descarga y alta capacidad reversible (valor teórico 372mAh / g).
Sin embargo, existen muchos problemas con el grafito como material del electrodo negativo de la batería: mala compatibilidad con disolventes; bajo rendimiento en carga y descarga de alta corriente; durante la primera carga y descarga, la capa de grafito se despega debido a la co-incrustación de moléculas de disolvente, lo que conduce a una reducción de la vida útil del electrodo.
Formación de grafito esférico
A través de la esferoidización del grafito en escamas, la capacidad específica (≥350mAh / g), la eficiencia del primer ciclo (≥85%) y el rendimiento del ciclo del material del electrodo negativo se pueden mejorar significativamente.
- El tamaño de la granularidad
Como material de electrodo negativo para baterías de iones de litio, el tamaño de partícula D50 es el más adecuado entre 16 y 18 μm. Si el tamaño de partícula es demasiado pequeño, el área de superficie específica será mayor, lo que hará que el electrodo negativo consuma una gran cantidad de Li + durante el primer ciclo, formando así una película interfacial dieléctrica sólida, que es la primera eficiencia de carga y descarga; El área de contacto del líquido es pequeña, lo que afecta la capacidad específica del electrodo negativo.
- Equipo de producción de grafito esférico
Se ha industrializado la producción de grafito esférico. En la producción industrial, las máquinas moldeadoras de impacto de viento se utilizan principalmente para esferoidizar grafito en escamas. Entre ellos, el pulverizador de vórtice de flujo de aire es un equipo de uso común. Este método tiene menos impurezas durante el proceso de esferoidización, pero su equipo es de gran tamaño, la cantidad de grafito es grande y el rendimiento es bajo, lo cual es muy limitado en la preparación de laboratorio.
Modificación de grafito esférico
Hay dos puntos de partida principales para la modificación:
1. Reducir adecuadamente el área de superficie específica del molino de piedra para reducir la pérdida irreversible causada por el golpe excesivo de la película SEI y la co-incrustación de moléculas de solvente que causan el pelado laminar del grafito;
2. Introduzca otros elementos metálicos o no metálicos en el grafito para aumentar la capacidad de carga y descarga del grafito.
- Método de recubrimiento: mejora el rendimiento del ciclo del grafito
El método de revestimiento del modelo «núcleo-capa» utiliza materiales de grafito como «núcleo», y una «capa» de un material de carbono amorfo se recubre en su superficie. Los precursores de los materiales de carbono amorfo comúnmente utilizados incluyen resina fenólica, resina epoxi y carbono craqueado. El espaciado de las capas de los materiales de carbono amorfo es mayor que el del grafito, lo que puede mejorar el rendimiento de difusión de los iones de litio en él, lo que equivale a formar una capa amortiguadora de iones de litio en la superficie exterior del grafito, mejorando así la alta corriente. Rendimiento de carga y descarga de materiales de grafito.
El método de recubrimiento mejora el ciclo de vida de la batería, pero el proceso de recubrimiento actual todavía presenta ciertos problemas. El problema clave que debe resolverse en la actualidad es cómo formar una capa de recubrimiento completa y uniforme fuera del grafito y bien combinada con el grafito.
- Método de dopaje: aumente la capacidad de carga y descarga del grafito
La introducción de ciertos elementos metálicos o no metálicos en los materiales de carbono producirá cambios en la microestructura y el estado electrónico del carbono, lo que afectará el comportamiento de inserción de litio de los electrodos de carbono. En la actualidad, el más investigado es la introducción de boro, silicio y fósforo en materiales de carbono. Y otros elementos.
Otros métodos de modificación de uso común: oxidación superficial, formación de capas metálicas, rectificado mecánico
El material de grafito esférico tiene buena conductividad eléctrica, alta cristalinidad, bajo costo, alta capacidad teórica de inserción de litio, bajo potencial de carga y descarga y planeidad. Es una parte importante del material del ánodo de la batería de iones de litio y es un material de cátodo para la producción de baterías de iones de litio en el país y en el extranjero. El producto de reemplazo. Tiene excelente conductividad eléctrica y estabilidad química, alta capacidad de carga y descarga, ciclo de vida prolongado y protección ambiental.
Fuente del artículo: China Powder Network