Pengetahuan Dasar tentang Bahan Elektroda Negatif - Bahan Grafit

Pengetahuan Dasar tentang Bahan Elektroda Negatif - Bahan Grafit
Grafit adalah salah satu bahan elektroda negatif karbon paling awal yang digunakan dalam baterai lithium-ion. Ini memiliki konduktivitas yang baik, kristalinitas tinggi, dan struktur berlapis yang baik. Sangat cocok untuk penyisipan/ekstraksi ion lithium untuk membentuk senyawa interlayer lithium-grafit. Kapasitas spesifik pengisian daya dapat mencapai lebih dari 300mA-H/g, efisiensi pengisian daya lebih dari 90%, dan kapasitas ireversibel kurang dari 50mA • H/g. Reaksi ekstraksi lithium dalam grafit terjadi sekitar 0 ~ 0,25V (vs Li+/Li). Ini memiliki platform potensial pengisian daya yang baik dan dapat mencocokkan banyak bahan elektroda positif termasuk LIMN2O4. Tegangan output rata -rata baterai tinggi. Saat ini bahan elektroda negatif yang paling banyak digunakan untuk baterai lithium-ion. Grafit termasuk dalam sistem kristal heksagonal. Kristal -kristalnya terdiri dari bidang mesh heksagonal yang terdiri dari atom karbon dan secara teratur ditumpuk. Itu memiliki struktur berlapis.
Di setiap lapisan, atom karbon disusun dalam segi enam, dan setiap atom karbon diikat secara kovalen dengan tiga atom karbon yang berdekatan dengan orbital hibrida SP2, dan elektron pada bentuk porbital yang tersisa. Saat ini, bahan karbon berbasis grafit di pasaran terutama mencakup kategori-kategori berikut: microbead karbon mesofase yang sangat grafit (MCMB), serat grafitisasi, grafit buatan, dan grafit alami.

MCMB memiliki bentuk keseluruhan bulat, kepadatan susun yang tinggi, struktur penumpukan lapisan yang sangat dipesan, dan kapasitas embedding lithium yang relatif besar per volume satuan. Ini pertama kali dikembangkan dan diproduksi oleh Osaka Gas Company of Japan dan digunakan sebagai bahan elektroda negatif untuk baterai lithium-ion. MCMB memiliki permukaan yang halus dan luas permukaan spesifik yang kecil, yang dapat mengurangi terjadinya reaksi batas elektroda selama pengisian daya dan pelepasan, sehingga mengurangi kehilangan kapasitas selama proses pengisian pertama; Selain itu, bola kecil memiliki struktur lamelar, yang kondusif untuk embedding dan de-embedding ion lithium dari semua arah bola, mengurangi pembengkakan dan runtuhnya lembaran grafit yang disebabkan oleh anisotropi bahan grafit yang berlebihan, dan dengan demikian memiliki kemampuan pengisian daya yang cepat dan tinggi dan tinggi. MCMB yang sangat grafit diperoleh dengan menundukkan bahan organik tar batubara ke polikondensasi termal untuk mendapatkan bola karbon mesofase, yang kemudian dimurnikan dengan ekstraksi pelarut dan metode lain dan kemudian dirawat panas. Sebagai bahan elektroda negatif untuk baterai lithium-ion, MCMB memiliki pengaruh besar pada kinerja penyisipan lithium karena suhu dan waktu perlakuan panas. MCMB adalah salah satu bahan elektroda negatif utama yang saat ini digunakan dalam baterai lithium-ion kecil dan baterai daya, tetapi masalah utamanya adalah kapasitas spesifik rendah dan harga tinggi.

Selain MCMB, ada bentuk lain dari grafit buatan yang terbuat dari karbon yang dapat dipicu. Serat grafit yang diendapkan uap adalah bahan serat grafitisasi dengan struktur berongga tubular. Sebagai bahan elektroda negatif untuk baterai lithium-ion, ia memiliki kapasitas spesifik pembuangan lebih dari 320mA-H/g dan efisiensi muatan awal 93%. Dibandingkan dengan bahan elektroda negatif karbon atau grafit lainnya, baterai lithium-ion menggunakan serat grafit yang diendapkan uap sebagai elektroda negatif memiliki kinerja pelepasan saat ini yang lebih besar dan kinerja pelepasan suhu rendah, dan umur siklus yang lebih lama. Namun, karena proses persiapan yang kompleks dari bahan-bahan serat grafit yang diendapkan fase gas dan biaya bahan yang tinggi, aplikasi skala besar dalam baterai lithium-ion tunduk pada pembatasan tertentu. Grafit buatan yang disiapkan dengan doping, penyesuaian struktural atau modifikasi permukaan karbon yang mudah dipicu seperti kokas minyak bumi dan perawatan grafitisasi suhu tinggi memiliki kinerja siklus yang baik dan harga lebih rendah dari MCMB. Saat ini, Jepang dan negara -negara lain telah memulai produksi dan penggunaan aktual. Ada juga banyak kerugian grafit sebagai elektroda negatif, seperti: film SEI dibentuk selama siklus muatan dan pelepasan, menyebabkan ekspansi matriks dan kehilangan kapasitas, sambil menyebabkan lapisan grafit untuk mengelupas dan mengurangi kehidupan; Bahan grafit memiliki kompatibilitas yang buruk dengan pelarut PC; Li* hanya dapat disematkan dan diekstraksi dari batas serpihan, dan karena area reaksi embedding/ekstraksi kecil dan jalur difusi panjang, tidak cocok untuk pengisian dan pemakaian arus besar; Suhu perlakuan panas grafit biasanya harus di atas 2000c, yang meningkatkan biaya produksi; Ketika potensi mencapai 0V atau lebih rendah, lithium logam dapat diendapkan pada elektroda grafit. Karena kelemahan di atas dari grafit yang tidak dimodifikasi, grafit yang dimodifikasi banyak digunakan dalam praktik. Di antara mereka, lapisan permukaan, modifikasi kimia dan spheroidisasi adalah metode pengobatan utama saat ini. Lapisan permukaan termasuk lapisan organik dan lapisan anorganik, dan modifikasi kimia terutama meliputi oksidasi, reduksi dan modifikasi kimia permukaan.