음성 전극 재료에 대한 기본 지식 - 흑연 물질

음성 전극 재료에 대한 기본 지식 - 흑연 물질
흑연은 리튬 이온 배터리에 사용되는 최초의 탄소 음성 전극 재료 중 하나입니다. 그것은 좋은 전도도, 높은 결정도 및 좋은 층 구조를 가지고 있습니다. 리튬 이온의 삽입/추출이 리튬-그래피트 인터레이어 화합물을 형성하는 데 매우 적합하다. 전하 차지 특정 용량은 300ma-H/g 이상에 도달 할 수 있고, 전하 차선 효율은 90%이상이며, 돌이킬 수없는 용량은 50mA보다 작습니다. 흑연에서 리튬 추출 반응은 약 0 ~ 0.25V (Vs. Li+/Li)에서 발생합니다. 그것은 좋은 전하 차지 전위 플랫폼을 가지고 있으며 LIMN2O4를 포함한 많은 양의 전극 재료와 일치 할 수 있습니다. 배터리의 평균 출력 전압이 높습니다. 현재 리튬 이온 배터리에 가장 널리 사용되는 네거티브 전극 재료입니다. 흑연은 육각형 결정 시스템에 속합니다. 그 결정은 탄소 원자로 구성된 육각형 메쉬 평면으로 구성되며 정기적으로 쌓입니다. 층 구조가 있습니다.
각각의 층에서, 탄소 원자는 육각형으로 배열되고, 각각의 탄소 원자는 SP2 하이브리드 궤도를 갖는 3 개의 인접한 탄소 원자에 공유 결합되고, 나머지 p 궤도 형태의 탈소 화 된 결합에 전자를 공유로 결합시킨다. 현재, 시장에 나와있는 흑연 기반 탄소 재료에는 주로 다음 범주가 포함됩니다. 고도로 흑화 된 메스파제 탄소 마이크로 비드 (MCMB), 흑연 섬유, 인공 흑연 및 천연 흑연이 포함됩니다.

MCMB는 구형 전체 형상, 높은 스태킹 밀도, 고차 정렬 된 층 스태킹 구조 및 단위 부피당 비교적 큰 리튬 내장 용량을 갖습니다. 일본 오사카 가스 컴퍼니 (Osaka Gas Company)가 처음 개발하고 생산했으며 리튬 이온 배터리의 음성 전극 재료로 사용됩니다. MCMB는 매끄러운 표면과 작은 특이 적 표면적을 가지므로 충전 및 배출 동안 전극 경계 반응의 발생을 감소시켜 첫 번째 충전 공정 동안 용량 손실을 줄일 수 있습니다. 또한, 작은 공은 라멜라 구조를 가지고 있는데, 이는 볼의 모든 방향으로부터 리튬 이온의 임베딩 및 탈퇴에 도움이되며, 흑연 재료의 과도한 이방성으로 인한 흑연 시트의 붓기 및 붕괴를 줄이며, 따라서 특정 빠르고 높은 전류 충전 및 방전 기능을 갖는다. 고도로 흑화 된 MCMB는 콜 타르 피치 유기물을 열 다축성에 적용하여 메소저 탄소 공을 얻어서 용매 추출 및 기타 방법에 의해 정제 된 다음 열 처리에 의해 얻어진다. 리튬 이온 배터리의 음성 전극 재료로서 MCMB는 열처리 온도 및 시간으로 인해 리튬 삽입 성능에 큰 영향을 미칩니다. MCMB는 현재 장거리 소형 리튬 이온 배터리 및 전력 배터리에 현재 사용되는 주요 네거티브 전극 재료 중 하나이지만 주요 문제는 특정 용량과 높은 가격입니다.

MCMB 이외에도, 그래픽 화 가능한 탄소로 만든 다른 형태의 인공 흑연이있다. 증기-분해 된 흑연 섬유는 관형 중공 구조를 갖는 흑연 섬유 물질이다. 리튬 이온 배터리의 음성 전극 재료로서, 방전 특이 용량은 320ma-H/g 이상이고 초기 충전 및 방전 효율은 93%입니다. 다른 탄소 또는 흑연 음성 전극 재료와 비교하여, 음성 전극으로서 증기-분해 된 흑연 섬유를 사용한 리튬 이온 배터리는 더 우수한 전류 방전 성능 및 저온 배출 성능 및 더 긴 사이클 수명을 갖는다. 그러나, 가스상 증착 된 흑연 섬유 재료의 복잡한 제조 공정과 높은 재료 비용으로 인해 리튬 이온 배터리의 대규모 적용은 특정 제한이 적용됩니다. 석유 코크스 및 고온 흑연화 처리와 같은 쉽게 그래 픽 화 된 탄소의 도핑, 구조 조정 또는 표면 변형에 의해 제조 된 인공 흑연은 우수한 사이클 성능과 MCMB보다 낮은 가격을 갖는다. 현재 일본과 다른 국가들은 실제 생산 및 사용을 시작했습니다. 다음과 같은 음의 전극으로서 흑연의 많은 단점이있다 : SEI 필름은 전하 및 방전 사이클 동안 형성되어 매트릭스 확장 및 용량 손실을 유발하는 동시에 흑연 층이 껍질을 벗기고 수명을 줄입니다. 흑연 물질은 PC 용매와의 호환성이 좋지 않으며; Li*는 플레이크 경계에서만 내장 및 추출 될 수 있으며, 작은 임베딩/추출 반응 영역 및 긴 확산 경로로 인해 큰 전류 충전 및 배출에 적합하지 않습니다. 흑연 열처리 온도는 일반적으로 2000C 이상이어야하며, 이는 생산 비용을 증가시킨다. 전위가 0V 이하에 도달하면, 흑연 전극에 금속 리튬이 증착 될 수있다. 수정되지 않은 흑연의 상기 단점으로 인해 수정 된 흑연은 실제로 널리 사용됩니다. 그 중에서도 표면 코팅, 화학적 변형 및 구형화가 현재 주요 처리 방법입니다. 표면 코팅에는 유기 코팅 및 무기 코팅이 포함되며, 화학적 변형에는 주로 산화, 환원 및 표면 화학적 변형이 포함됩니다.