Графит в настоящее время является наиболее широко используемым анодным материалом для коммерческих литий-ионных аккумуляторов. Растущий рыночный спрос выдвинул более высокие требования к характеристикам хранения лития в графитовых анодных материалах.
Графитовый анод имеет преимущества высокой удельной емкости и низкого напряжения на платформе, но имеет и некоторые недостатки: например, графит имеет плохую совместимость с электролитами, а большие объемы молекул растворителя и ионов лития часто встраиваются в графитовый слой во время Процесс зарядки и разрядки. , что приводит к расширению и отслаиванию графитового слоя, тем самым уменьшая емкость и срок службы аккумулятора. Неровности поверхности графита затрудняют формирование однородной и плотной пленки SEI (пассивационной пленки) во время первого процесса зарядки и разрядки аккумулятора, что приводит к низкой эффективности первого заряда и разряда и плохой производительности цикла.
Модификация покрытия
Основная функция поверхностного покрытия — покрыть активные центры поверхности природного графита, уменьшить возникновение необратимых побочных реакций, уменьшить удельную поверхность природного графита, ингибировать образование пленки SEI, изолировать частицы графита от электролита, и предотвратить совместное введение растворителя. Производительность снижается, что ограничивает и сдерживает объемное расширение графита и повышает стабильность цикла. Поверхностные покрытия в основном включают аморфный углерод, металлы и оксиды металлов.
Аморфное углеродное покрытие
Межслоевое расстояние аморфных углеродных материалов больше, чем у графита, что может улучшить диффузионные характеристики Li+ в нем. Это эквивалентно образованию буферного слоя Li+ на внешней поверхности графита, что улучшает характеристики сильноточного заряда и разряда графитовых материалов. С другой стороны, аморфный углерод вступает в контакт с растворителем, что предотвращает отслаивание графитового слоя, вызванное совнедрением молекул растворителя, расширяет диапазон выбора электролитных систем и повышает циклоустойчивость электродных материалов.
Металл и его оксидное покрытие
Соединение природного графита с металлами и оксидами металлов достигается главным образом путем осаждения на поверхность графита. Покрывая поверхность графита слоем металла (Ag, Ni, Sn, Zn, Al и т. д.), можно эффективно снизить сопротивление переносу заряда и увеличить коэффициент диффузии лития, тем самым препятствуя разложению электролита. на поверхности графита и улучшение электрохимических характеристик материала. . Кроме того, нанесение покрытий на металлы и их оксиды (NiO, MoO3, CuO, Fe2O3 и др.) позволяет в определенной степени предотвратить реакцию между электролитом и графитом, снизить необратимую емкость материала, повысить эффективность заряда и разряда.
Введение аморфного Al2O3 может улучшить стабильность и возможность быстрого заряда и разряда графитовых электродов.
Микроструктура электрода имеет прерывистую сеть пор, соединенных по границам зерен, а частицы нано-Sn внедряются в графит в результате спекания. На свободной поверхности электрода графит развивается от глыбы до чешуек. При этом между электродом и токоприемником образуется прочная межфазная связь, чему способствует образование междиффузионной зоны.
Краткое содержание
Комплексные исследования показывают, что графитовые отрицательные электроды покрывают методами твердофазного, газофазного или жидкофазного карбонизации, а слой защитной пленки из аморфного углерода модифицируется на поверхности, создавая структуру ядро-оболочка, образуя «ядро» модифицированный материал отрицательного электрода. Он сохраняет преимущества высокой емкости и низкого потенциала графитовых материалов, а его «оболочка» обладает хорошей совместимостью с электролитом, эффективно подавляя такие побочные эффекты, как отслаивание графита, измельчение и объемное расширение, вызванное эффектом сольватации. Электрохимические свойства, такие как первый кулоновский КПД и стабильность цикла соответствующего анодного материала, значительно улучшаются. Однако поверхностное покрытие имеет ограниченное улучшение плотности энергии электродных материалов.
Таким образом, в соответствии с потребностями соответствующих отраслей промышленности в анодных материалах для литий-ионных аккумуляторов с хорошими комплексными характеристиками, с точки зрения макроскопической морфологии, графен и графит могут быть эффективно соединены; Что касается микроструктуры, то для регулирования и оптимизации микроструктуры графита активно проводится дефектоскопия. , а затем модифицированный химической модификацией и поверхностным покрытием, новый полученный графитовый углеродный материал имеет хорошие перспективы развития.