c
углеродный материал
Углеродные материалы являются наиболее широко используемыми и наиболее распространенными анодными материалами для коммерческого использования сегодня, в основном включая природный графит, искусственный графит, твердый углерод, мягкий углерод, MCNB (мезоуглеродные микросферы). До того, как анодные материалы следующего поколения созреют, особенно углеродные материалы. Тем не менее, графитовые материалы по-прежнему будут первым выбором и основным направлением материалов отрицательного электрода.
1.1 Графит
Графит делится на природный графит и искусственный графит в зависимости от разницы между его сырьем и технологией обработки. Из-за низкого содержания лития, высокой начальной эффективности, хорошей циклической стабильности и низкой стоимости графит стал идеальным выбором для применения в литий-ионных батареях. Отрицательный материал.
Природный графит: как правило, в качестве сырья используется природный чешуйчатый графит, который модифицируется для получения сферического природного графита для использования. Хотя природный графит широко используется, у него есть несколько недостатков: ① природный графит имеет много поверхностных дефектов, большую удельную поверхность и низкую начальную эффективность; ② при использовании электролита на основе поликарбоната наблюдается серьезное явление совместной интеркаляции сольватированных ионов лития, что приводит к расширению графитового слоя, отслаиванию, и производительность батареи снижается; ③Природный графит имеет сильную анизотропию, ионы лития могут быть введены только с торца, скорость работы низкая, литий легко отделяется.
Модификация природного графита:
① Для решения проблем, связанных со многими поверхностными дефектами и плохой устойчивостью природного графита к электролиту, для модификации использовались различные поверхностно-активные вещества.
② Чтобы решить проблему сильной анизотропии природного графита, в промышленном производстве часто используется механическая обработка для придания частицам сферической формы. Формирователь воздушного потока использует воздействие ветра, чтобы заставить частицы тереться друг о друга и обрезать края и углы частиц. В этом методе не будут вводиться легирующие примеси, и эффективность сфероидизации высока, но он приведет к измельчению большого количества частиц, а выход будет низким. Механическая термоядерная машина использует высокоскоростное вращение материала в роторе, цепляется за стенку устройства под действием центробежной силы и проходит между ротором и экструзионной головкой статора на высокой скорости. В этот момент материал одновременно подвергается действию силы экструзии и силы сдвига, и под действием трения между частицами и частицами и между частицами и оборудованием поверхность представляет собой состояние механического плавления для достижения цели сферификации. Природный графит сфероидизирован, размер частиц D50 составляет от 15 до 20 мкм. Начальная эффективность и производительность цикла значительно улучшены, а производительность скорости значительно улучшена.
Искусственный графит: обычно изготавливается из плотного нефтяного кокса или игольчатого кокса в качестве прекурсора, что позволяет избежать поверхностных дефектов природного графита, но все же имеет такие проблемы, как низкая производительность из-за кристаллической анизотропии, плохие низкотемпературные характеристики и легкое разложение лития. при зарядке.
1.2 Мягкий углерод
Мягкий углерод, также известный как графитизируемый углеродный материал, относится к аморфному углеродному материалу, который можно графитизировать при высокой температуре выше 2500°C. Вообще говоря, в соответствии с разницей в температуре спекания предшественника мягкий углерод образует три различные кристаллические структуры, а именно аморфную структуру, неупорядоченную структуру турбулентного слоя и графитовую структуру. Структура графита также является обычным искусственным графитом. Среди них аморфная структура привлекла большое внимание из-за ее низкой кристалличности, большого расстояния между слоями и хорошей совместимости с электролитом, поэтому она обладает отличными низкотемпературными характеристиками и хорошими характеристиками скорости.
1.3 Твердый углерод
Твердый углерод, также известный как неграфитируемый углеродный материал, трудно графитизируется при высоких температурах выше 2500°С, и обычно его получают термообработкой предшественника в диапазоне 500-1200°С. Обычные твердые угли включают смоляной углерод, органический полимерный пиролитический углерод, сажу и углерод из биомассы.
Материал титанат лития
Области применения: Преимущества и недостатки титаната лития очень очевидны, а характеристики относительно экстремальны. Таким образом, правильным методом применения является применение к конкретным областям подразделения и полное использование его сильных сторон. В настоящее время литий-титанатные батареи в основном используются в городских чисто электрических автобусах BRT, электрических гибридных автобусах, вспомогательных службах частотной модуляции и пикового бритья и других областях.
Материалы на основе кремния
Горячие точки исследований: кремний считается одним из самых перспективных анодных материалов. Его теоретическая емкость в граммах может достигать 4200 мАч/г, что более чем в 10 раз выше, чем у графитовых материалов. В то же время литий
аляционный потенциал Si выше, чем у углеродных материалов, и риск осаждения лития при зарядке невелик. безопаснее. В настоящее время горячие точки исследований материалов на основе кремния разделены на два направления, а именно нанокремнийуглеродные материалы и кремний-кислородные (SiOx) материалы отрицательного электрода.
Направление совершенствования: в ответ на вышеуказанные проблемы ученые в последние годы постоянно изучают новые методы улучшения характеристик материалов кремниевых анодов. В настоящее время основным направлением является использование графита в качестве матрицы и смешивание от 5% до 10% нанокремния или SiOx для формирования композитного материала и нанесение углеродного покрытия для подавления изменения объема частиц и повышения стабильности цикла.
Нанокремниевый углеродный материал
Дизайн материала: первоначальные исследования нанокремниевых углеродных материалов в основном были сосредоточены на направлении малой емкости 400-500 мАч / г, а структура материала в основном включает тип ядра-оболочки и встроенный тип.
Оптимизация химической системы батареи: Помимо конструкции материала, химическая система батареи также оптимизируется путем изучения связующих, проводящих веществ и электролитов. Скорость сохранения емкости 600 циклов кремниево-углеродных материалов емкостью 400 мАч/г составляет более 80%. На этой основе, за счет оптимизации гранулированной структуры, разрабатываются материалы типа высокой мощности.
материал SiOx
Добавление лития: обратимая емкость материалов SiOx достигает 1500-2000 мАч/г, а объемное расширение в процессе интеркаляции лития составляет всего 120% (нанокремниевые материалы могут достигать более 300%), что значительно улучшает цикл Срок службы материалов на основе Si. Однако во время первого процесса интеркаляции материала SiO Li будет генерироваться Li4SiO4 без электрохимической активности, в результате чего начальная эффективность материалов SiOx будет намного ниже, чем у графитовых и кремнийуглеродных материалов, что также стало основным препятствием для применение материалов SiOx. Поэтому для исследований материалов SiOx основное внимание уделяется тому, как уменьшить первую необратимую емкость. По этой причине исследователи разработали различные методы добавления лития, пытаясь компенсировать активное потребление лития отрицательным электродом во время первого процесса зарядки.
Направление исследований: Процесс предварительного литиирования материалов SiOx все еще находится на лабораторной стадии из-за высоких требований к окружающей среде и не может применяться в больших масштабах. Поэтому последующие исследования будут сосредоточены на предварительном литировании материалов положительного электрода и предварительном литировании материалов SiOx.