Warum sind Graphitkathodenmaterialien für Lithiumbatterien geeignet?

Lithium-Ionen-Batterie bezieht sich auf ein Sekundärbatteriesystem, in das zwei verschiedene Lithiumverbindungen reversibel als positive und negative Pole einer Lithium-Ionen-Batterie eingebettet und wieder eingebettet werden können. Während des Ladens tritt Lithiumion vom positiven Pol aus und wird durch den Elektrolyten und die Membran in die Kathode eingebettet. Der Entladevorgang ist anders. Lithiumionen nehmen von der Kathode ab und sind durch den Elektrolyten und die Membran in den positiven Pol eingebettet.

Die Lithium-Ionen-Batteriekathode besteht aus dem aktiven Material der Kathode, Klebstoffen und Additiven, die nach dem Trocknen und Walzen gleichmäßig auf beiden Seiten der Kupferfolie gemischt werden.

Der Vorteil des Graphits als Kathodenmaterial

Graphit ist Kohlenstoff-Allotrope, beide sind eng miteinander verwandt. Graphit ist die stabilste Form des Kohlenstoffelements. (Diamant ist eine Art metastabiler Allotrope von Kohlenstoff, obwohl seine Härte viel höher als die von Graphit ist, ist die härteste Substanz in der Natur, aber seine Stabilität ist niedriger als die von Graphit.)

Der Begriff Graphit aus dem griechischen "Graphein", das Material ist hochtemperaturbeständig, korrosionsbeständig, gute elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und stabile chemische Eigenschaften und ist leichter als Aluminium. Neben den Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien kann hochwertiger Graphit auch für Brennstoffzellen, Solarzellen, Halbleiter, Leuchtdioden (LEDs) sowie für verschiedene Bereiche wie Kernreaktoren verwendet werden.

Im Allgemeinen ist der Graphit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, die Schichtstruktur bei kleinen Volumenänderungen vor und nach den Vorteilen der interkalierten Li-Kapazität mit hoher und eingebetteter Lithiumelektrizität und niedriger Bit zum Hauptstrom kommerzieller Lithium-Ionen-Batteriekathodenmaterialien geworden.

Der Zugang des Graphits

Für Graphit gibt es zwei Möglichkeiten: eine ist das natürliche Erz, die zweite ist die Synthese von Kohlenteer. Und eine Lithiumionenbatterie unter Verwendung von Graphitmaterial besteht normalerweise aus 55% Graphit und 45% der Herstellung von geringer Reinheit von natürlichem Graphit versöhnen.

Die Hersteller waren einst beliebter synthetischer Graphit, da die Homogenität und Reinheit des synthetischen Graphits dem natürlichen Graphit überlegen ist. Jetzt ist es nicht dasselbe, die Anwendung moderner chemischer Reinigungsmethoden bewirkt, dass die Wärmebehandlung eine Reinheit von 99,9% von natürlichem Graphit erhalten kann. Im Gegensatz dazu betrug die Reinheit von Graphit bei der Synthese 99%, und erstere ist populärer.

Gereinigter natürlicher Flockengraphit weist im Vergleich zu synthetischem Graphit eine höhere Kristallinität auf, zeigt eine bessere elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus wird erwartet, dass natürlicher Graphit die Produktionskosten von Lithium-Ionen-Batterien senkt und gleichzeitig immer noch die gleiche oder sogar noch bessere Batterieleistung erzielt.

Es ist zu erwarten, dass ein synthetischer Graphit ersetzt wird, die Zukunft gehört zu billigerem und umweltfreundlicherem, natürlichem Graphit und aus natürlichem Graphit synthetisiertem Graphen, mehr wird reichen.

Der interkalierte Li-Mechanismus von Graphit

Graphit gute elektrische Leitfähigkeit, hoher Kristallisationsgrad, gute Schichtstruktur, sehr gut geeignet für wiederholt eingebettete Lithiumionen - eingebettet ist derzeit die am weitesten verbreitete, ausgereifteste Technologie für Kathodenmaterialien. Nach Graphitschichten eingebettete Lithiumionen bilden das interkalierte-li-kombinierte LixC6 (0 x 1 oder weniger oder weniger). Die theoretische Kapazität beträgt 372 mAh / g (x = 1) und ist reaktiv als: xLi ++ 6 c + xe -> LixC6

Das zwischen der Graphitschicht und dem Schichtakkumulationsmodus eingebettete Lithiumion änderte sich von ABAB zu AAAA, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Modifikation von Graphit

Aufgrund des geringeren Graphitabstands (d 0,34 nm oder weniger) als des Kristallschichtabstands von interkalierten Graphit-LixC6-Li-Verbindungen (0,37 nm), bei dem sich beim Laden und Entladen der Graphitschichtabstand ändert, kann es leicht zu einer Flockengraphitschicht kommen , Pulverisierung, Lithiumionen und organische Lösungsmittelmoleküle gemeinsame eingebettete Graphitschicht und Zersetzung von organischen Lösungsmitteln passieren, die die Zellzyklusleistung beeinflussen.

Durch Graphitmodifikation, wie bei Kohlenstoff, Graphitoberflächenoxidation, kann die Beschichtungspolymerpyrolyse zur Bildung des zusammengesetzten Graphits mit Kern-Schale-Struktur die Lade- und Entladeleistung von Graphit verbessern und die spezifische Kapazität verbessern.

Andere Anodenmaterialien

Gegenwärtig sind die Graphitanodenmaterialien der Hauptstrom der kommerziellen Li-Ionen-Batterie, ihre theoretische Kapazität von 372 mAh / g, auf dem Markt mit besserer Leistung von Graphitanodenmaterialien konnten 360 mAh / g erreicht werden, g Kapazität tendiert allmählich Wert begrenzen. Obwohl Graphit als Kathodenmaterial eine geringe Kapazität von g aufweist, wie beispielsweise ein Nachteil der Zirkularitätsabweichung, wird es bei hoher Kostenleistung der Klasse der Graphitanodenmaterialien nicht sofort durch neue Materialien ersetzt, die spezifischen Gründe sind folgende:

Die neue Kathodenmaterialtechnologie ist nicht ausgereift und benötigt auch viel Zeit für die Leistungsverbesserung.

Der Preis für neue Anodenmaterialien ist höher, der Preisvorteil für Graphitanoden liegt auf der Hand;

Anodenmaterialien müssen mit den Anodenmaterialien, dem Elektrolyten und der Verwendung übereinstimmen, und gegenwärtig ist das Anodenmaterial mit spezifischer Kapazität im Allgemeinen gering.

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