Ábhair Anóid Battery Litiam-ian

Mar cheann de na príomhábhair do chadhnraí litiam-ian, ní mór d'ábhair anóid coinníollacha iomadúla a chomhlíonadh.

• Tá poitéinseal íseal redox ag imoibriú idircalation agus dí-idircalation Li chun voltas aschuir ard cadhnraí litiam-ian a shásamh.
• Le linn an phróisis idircalaithe agus dí-idircalaithe Li, is beag athraíonn an poitéinseal leictreoid, rud atá tairbheach don cheallraí chun voltas oibriúcháin cobhsaí a fháil.
• Cumas inchúlaithe mór chun freastal ar dhlús ardfhuinnimh cadhnraí litiam-ian.
• Cobhsaíocht struchtúrach maith le linn phróiseas dí-idirghabhála Li, ionas go mbeidh saolré timthriall ard ag an gceallraí.
• Neamhdhíobhálach don chomhshaol, níl aon truailliú nó nimhiú comhshaoil ​​i ndéantúsaíocht agus diúscairt ceallraí.
• Tá an próiseas ullmhúcháin simplí agus tá an costas íseal, tá na hacmhainní flúirseach agus éasca le fáil, etc.

Le dul chun cinn teicneolaíochta agus uasghrádú tionsclaíoch, tá na cineálacha ábhair anóid ag méadú freisin, agus tá ábhair nua á n-aimsiú i gcónaí.

Is féidir na cineálacha ábhair anóid a roinnt ina charbóin agus neamhcharbóin. Áirítear le carbón graifít nádúrtha, graifít shaorga, micreasféir charbóin mesophase, carbóin chrua, carbón bog, etc. Áirítear le catagóirí neamhcharbóin ábhair atá bunaithe ar sileacain, ábhair bunaithe ar tíotáiniam, ábhair stáin, miotail litiam, etc.

1. Grafite nádúrtha

Tá graifít nádúrtha roinnte go príomha i graifít flake agus graifít microcrystalline. Taispeánann graifít flake cumas sonrach inchúlaithe níos airde agus éifeachtacht Coulombic den chéad timthriall, ach tá a chobhsaíocht timthriall beagán bocht. Tá dea-chobhsaíocht timthriall agus feidhmíocht ráta ag graifít microcrystalline, ach tá a éifeachtacht Coulombic íseal sa chéad seachtain. Tugann an dá graifít aghaidh ar fhadhb deascadh litiam le linn muirearú tapa.

Maidir le graifít flake, úsáidtear sciath, cumaisc agus modhanna eile go príomha chun cobhsaíocht timthriall agus cumas inchúlaithe grafite flake fosfair a fheabhsú. Mar gheall ar theocht íseal bíonn Li+ idirleata go mall i graifít calóg fosfair, rud a fhágann go mbíonn toilleadh inchúlaithe íseal de ghraifít calóg fosfair. Is féidir le cruthú pore a fheidhmíocht stórála litiam íseal-teocht a fheabhsú.

Mar gheall ar chriostalacht bhocht na graifíte micricriostailín tá a toilleadh níos ísle ná an graifít flake. Is modhanna modhnuithe a úsáidtear go coitianta iad cumaisc agus sciath. Brataithe Li Xinlu agus daoine eile an dromchla graifít microcrystalline le roisín feanólach carbóin scáinte go teirmeach, ag méadú éifeachtacht Coulombic de graifít microcrystalline ó {{0}}.2% go 89.9%. Ag dlús reatha 0.1C, ní thagann meath ar a acmhainn urscaoilte sonrach tar éis 30 timthriall urscaoilte muirir. Tá Sun YL et al. leabaithe FeCl3 idir na sraitheanna de ghraifít mhicricriostalach chun cumas inchúlaithe an ábhair a mhéadú go ~800 mAh g-1. Tá cumas agus feidhmíocht ráta na graifíte microcrystalline níos measa ná sin de graifít flake fosfar, agus tá níos lú staidéir ann i gcomparáid le graifít flake fosfair.

2. Graifít saorga

Déantar graifít saorga as amhábhair cosúil le cóc peitriliam, cóc snáthaidí, agus cóc pitch trí bhrú, gránú, aicmiú, agus próiseáil grafitization ardteochta. Tá buntáistí ag graifít saorga maidir le feidhmíocht timthriall, feidhmíocht ráta, agus comhoiriúnacht leictrilítí, ach tá a chumas i gcoitinne níos ísle ná graifít nádúrtha, agus mar sin is é an príomhfhachtóir a chinneann a luach ná cumas.

Tá an modh modhnú ar graifít shaorga difriúil ó mhodh graifít nádúrtha. Go ginearálta, baintear amach an cuspóir an treoshuíomh gráin grafite (luach OI) a laghdú trí struchtúr na gcáithníní a atheagrú. De ghnáth, roghnaítear réamhtheachtaí cóc snáthaid le trastomhas 8 go 10 μm, agus úsáidtear ábhair grafitizable go héasca ar nós pitch mar fhoinse carbóin an ceanglóra, agus déantar iad a phróiseáil i bhfoirnéis druma. Tá roinnt cáithníní cóic snáthaidí nasctha chun cáithníní tánaisteacha a fhoirmiú le méid na gcáithníní D50 ó 14 go 18 μm, agus ansin críochnaítear grafitization, ag laghdú luach OI an ábhair go héifeachtach.

3. Micreasféir charbóin mesópáis

Nuair a dhéantar teaschóireáil ar chomhdhúile asfalt, tarlaíonn imoibriú pola-chomhdhlúthaithe teirmeach chun sféir bheaga méasópáis anisotrópacha a ghiniúint. Tugtar micreasféir charbóin mesófais ar an ábhar carbóin sféarúil de mhéid miocrón a fhoirmítear trí na coirníní mesófáis a scaradh ón maitrís asfalt. Tá an trastomhas de ghnáth idir 1 agus 100 μm. Is gnách go mbíonn trastomhas na micreasféar carbóin mesópáis tráchtála idir 5 agus 40 μm. Tá dromchla an liathróid réidh agus tá dlús ard dhlúthú aige.

Buntáistí na micrisféar carbóin mesópáis:

(1) Tá cáithníní sféarúla a chabhródh le foirmiú bratuithe leictreoid cruachta ard-dlúis, agus tá achar dromchla sonrach beag acu, rud a chabhródh le frithghníomhartha taobh a laghdú.

(2) Tá an ciseal adamhach carbóin taobh istigh den liathróid socraithe go gathach, tá Li + éasca le hidirghaolú agus dí-idirghalú, agus tá an fheidhmíocht muirir agus urscaoilte mór reatha go maith.

Mar sin féin, is féidir go dtiocfadh scamhadh agus dífhoirmiú an chiseal charbóin as idircalú agus dí-idirghabháil arís agus arís eile ar Li+ ar imill na micrisféar méiseacarbóin, rud a fhágann go bhfuil an toilleadh fadaithe. Is féidir leis an bpróiseas sciath dromchla bac a chur go héifeachtach ar an bhfeiniméan feannadh. Faoi láthair, díríonn an chuid is mó den taighde ar mhicreaspheres carbóin mesophase ar mhodhnú dromchla, ilchodach le hábhair eile, sciath dromchla, etc.

4. Carbón bog agus carbóin chrua

Is carbón graifíteach é carbón bog go héasca, a thagraíonn do charbón éagruthach is féidir a ghrafadh ag teochtaí arda os cionn 2500 céim. Tá criostalacht íseal ag carbón bog, méid gráin beag, spásáil mhór idirphleanach, comhoiriúnacht mhaith le leictrilít, agus feidhmíocht ráta maith. Tá cumas ard dochúlaithe ag carbón bog le linn an chéad mhuirir agus urscaoilte, voltas aschuir íseal, agus níl aon ardán muirir agus urscaoilte soiléir. Dá bhrí sin, ní úsáidtear go ginearálta go neamhspleách é mar ábhar leictreoid diúltach, ach de ghnáth úsáidtear é mar sciath nó mar chomhpháirt den ábhar leictreoid diúltach.

Is éard atá i gcarbón crua ná carbón atá deacair a ghrafú agus a tháirgtear de ghnáth trí scoilteadh teirmeach ábhair pholaiméire. I measc na gcarbóin chrua choitianta tá carbón roisín, carbón pirealaíoch polaiméire orgánach, carbóin dubh, carbón bithmhaise, etc. Tá struchtúr scagach ag an gcineál seo d'ábhar carbóin, agus faoi láthair creidtear go stórálann sé litiam go príomha trí asaithe / dí-ionsú inchúlaithe Li+ i micreapores agus dromchla. asaithe / dí-asú.

Is féidir le saintoilleadh inchúlaithe carbóin chrua 300~500mAhg-1 a bhaint amach, ach tá an meánvoltas redox chomh hard le ~1Vvs.Li+/Li, agus níl aon ardán voltais soiléir ann. Mar sin féin, tá cumas dochúlaithe tosaigh ard ag carbóin chrua, ardán voltais tite, dlús íseal dhlúthú, agus giniúint gáis éasca, agus is iad na heasnaimh sin freisin nach féidir neamhaird a dhéanamh orthu. Tá taighde le blianta beaga anuas tar éis díriú go príomha ar roghnú foinsí carbóin éagsúla, próisis rialaithe, cumaisc le hábhair ard-acmhainne, agus sciath.

5. Ábhair sileacain-bhunaithe

Cé go bhfuil na buntáistí a bhaineann le seoltacht agus cobhsaíocht ard ag ábhair anóid graifíte, tá a bhforbairt ar dhlús fuinnimh gar dá n-acmhainn shonrach teoiriciúil (372mAh / g). Meastar go bhfuil sileacain ar cheann de na hábhair anóid is bisiúla, le cumas gram teoiriciúil de suas le 4200mAh / g, atá níos mó ná 10 n-uaire níos mó ná ábhair graifíte. Ag an am céanna, tá an poitéinseal cuir isteach litiam Si níos airde ná ábhair charbóin, agus mar sin tá an baol deascadh litiam le linn luchtaithe beag agus níos sábháilte. Mar sin féin, déanfar an t-ábhar anóid sileacain faoi leathnú toirte de bheagnach 300% le linn an phróisis idirghaolaithe agus dí-idirghabhála litiam, rud a chuireann srian mór ar chur i bhfeidhm tionsclaíoch anóidí sileacain.

Roinntear ábhair anóid sileacain go príomha i dhá chatagóir: ábhair anóid sileacain-charbóin agus ábhair anóid sileacain-ocsaigin. Is é an treo príomhshrutha atá ann faoi láthair ná graifít a úsáid mar mhaitrís, ionchorprú mais-chodán 5% go 10% de nana-sileacain nó SiOx chun ábhar ilchodach a fhoirmiú, agus é a chóta le carbón chun athruithe toirte na gcáithníní a chosc agus cobhsaíocht timthriall a fheabhsú.

Tá tábhacht mhór ag baint le feabhas a chur ar chumas sonrach na n-ábhar leictreoid diúltach chun dlús fuinnimh a mhéadú. Faoi láthair, is é an t-iarratas príomhshrutha ná ábhair atá bunaithe ar graifít, a bhfuil a n-acmhainn shonrach sáraithe ag uasteorainn na hacmhainne teoiriciúil (372mAh / g). Tá an toilleadh sonrach teoiriciúil is airde (suas le 4200mAh/g) ag ábhair sileacain den teaghlach céanna, atá níos mó ná 10 n-uaire níos mó ná graifít. Tá sé ar cheann de na hábhair anóid ceallraí litiam le hionchais iarratais iontach.

Faoi láthair, tá teicneolaíochtaí anóid sileacain-bhunaithe is féidir a thionsclaíoch roinnte go príomha i dhá chatagóir. Is é ceann amháin shilice, atá roinnte go príomha i dtrí ghlúin: shilice 1ú glúin (ocsaíd sileacain), shilice réamh-mhaignéisiam 2ú glúin, agus shilice réamh-litiam 3ú glúin. Is é an dara carbón sileacain, atá roinnte go príomha ina dhá ghlúin: is é an chéad ghlúin nana-sileacóin gaineamh-talamh measctha le graifít. Giniúint 2: Modh CVD chun nana-sileaic a thaisceadh ar charbón póiriúil.

Tíotánáit 6.Lithium

Is ocsaíd ilchodach é titanate litiam (LTO) comhdhéanta de litiam miotalach agus tíotáiniam miotail aistrithe íseal-acmhainneacht. Baineann sé leis an réiteach soladach cineál spinel den tsraith AB2X4. Is é an toilleadh teoiriciúil gram de titanate litiam ná 175mAh / g, agus tá an cumas gram iarbhír níos mó ná 160mAh / g. Tá sé ar cheann de na hábhair anóid tionsclaithe faoi láthair. Ós rud é gur tuairiscíodh titanate litiam i 1996, tá ciorcail acadúla díograiseach faoina taighde. Is féidir na tuarascálacha is luaithe ar thionsclaíocht a rianú siar go dtí an ceallraí cumhachta anóid titanate litiam 4.2Ah a d'eisigh Toshiba in 2008, le voltas ainmniúil 2.4V agus dlús fuinnimh de 67.2Whkg-1 (131.6WhL{{16}) }).

Buntáiste:

(1) Nialais brú, an t-aonad litiam titanate paraiméadar cille a=0.836nm, an intercalation agus deintercalation na n-ian litiam le linn muirear agus urscaoileadh beagnach aon tionchar ar a struchtúr criostail, ag seachaint athruithe struchtúracha de bharr leathnú ábhar agus crapadh. le linn muirear agus urscaoileadh. Mar thoradh air sin, tá cobhsaíocht leictriceimiceach an-ard agus saolré timthriall aige.

(2) Níl aon riosca deascadh litiam. Tá an poitéinseal litiam titanate litiam chomh hard le 1.55V. Ní dhéantar aon scannán SEI le linn an chéad mhuirir. Tá éifeachtacht ard den chéad uair aige, dea-chobhsaíocht theirmeach, impedance comhéadan íseal, agus feidhmíocht muirir den scoth ar theocht íseal. Is féidir é a ghearradh ag -40 céim .

(3) Seoltóir ian tapa tríthoiseach. Tá struchtúr tríthoiseach spinel ag titanate litiam. Tá an spás le haghaidh cuir isteach litiam i bhfad níos mó ná an spásáil idir sraitheanna graifíte. Tá an seoltacht ianach d’ord méadaíochta amháin atá níos airde ná sin na n-ábhar graifíte. Tá sé oiriúnach go háirithe le haghaidh muirearú agus urscaoileadh ardráta. Mar sin féin, tá a chumas sonrach agus dlús fuinnimh ar leith íseal, agus cuirfidh an próiseas muirir agus urscaoilte faoi deara go ndéanfaidh an leictrilít dianscaoileadh agus bloat.

Faoi láthair, tá méid tráchtála titanate litiam fós an-bheag, agus níl a buntáistí thar graifít soiléir. D'fhonn feiniméan flatulence titanate litiam a bhaint, tá líon mór tuarascálacha fós dírithe ar mhodhnú sciath dromchla.

7. Litiam miotail

Is é anóid litiam miotail an anóid ceallraí litiam is luaithe a ndearnadh staidéar air. Mar gheall ar a chastacht, áfach, tá dul chun cinn an taighde san am atá caite mall. Le dul chun cinn na teicneolaíochta, tá an taighde ar anóidí litiam miotail ag feabhsú freisin. Tá saintoilleadh teoiriciúil de 3860mAhg-1 ag anóid litiam miotalach agus poitéinseal leictreoid shárdhiúltach de -3.04V. Is anóid é le dlús fuinnimh an-ard. Mar sin féin, mar thoradh ar imoibríocht ard litiam agus an próiseas taisce agus dí-asú míchothrom le linn luchtaithe agus urscaoilte, pulverization agus fás dendrite litiam le linn an timthrialla, rud a fhágann díghrádú tapa ar fheidhmíocht ceallraí.

Mar fhreagra ar fhadhb na litiam miotalach, tá modhanna glactha ag taighdeoirí chun bac a chur ar fhás dendrites san anóid litiam chun a shábháilteacht agus a shaolré timthriall a fheabhsú, lena n-áirítear scannáin saorga comhéadan leictrilít soladach (scannáin SEI), dearadh struchtúrach anóid litiam, a thógáil, modhnú leictrilít agus modhanna eile.

8. Ábhair stáin-bhunaithe

Tá cumas sonrach teoiriciúil na n-ábhar stáin-bhunaithe an-ard, agus is féidir le saintoilleadh teoiriciúil stáin íon 994mAh / g a bhaint amach. Mar sin féin, athróidh méid na miotail stáin le linn an phróisis intercalation agus deintercalation litiam, rud a fhágann go mbeidh leathnú toirte níos mó ná 300%. Cuirfidh an dífhoirmiúchán ábhartha de bharr an leathnú toirte seo bac mór ar an taobh istigh den cheallraí, rud a fhágann go dtiocfaidh meath ar fheidhmíocht timthriall na ceallraí agus an cumas sonrach lobhadh ró-tapa. I measc na n-ábhar coitianta leictreoid diúltach stáin-bhunaithe tá stáin mhiotalacha, cóimhiotail stáin-bhunaithe, ocsaídí stáin-bhunaithe, agus ábhair chomhchodacha stáin-charbóin.