Esistono numerosi indicatori tecnici dei materiali anodici in grafite, difficili da considerare, tra cui principalmente l'area superficiale specifica, la distribuzione granulometrica, la densità di presa, la densità di compattazione, la densità reale, la capacità specifica di prima carica e scarica, la prima efficienza, ecc. Inoltre, esistono indicatori elettrochimici come le prestazioni del ciclo, la velocità di rotazione, il rigonfiamento e così via. Quali sono quindi gli indicatori di prestazione dei materiali anodici in grafite? Il seguente contenuto vi è presentato da HCMilling (Guilin Hongcheng), produttore di...materiali anodici mulino a sfere.

01 superficie specifica

Si riferisce all'area superficiale di un oggetto per unità di massa. Più piccola è la particella, maggiore è l'area superficiale specifica.

L'elettrodo negativo con particelle piccole e un'elevata area superficiale specifica presenta più canali e percorsi più brevi per la migrazione degli ioni di litio, con prestazioni di velocità migliori. Tuttavia, a causa dell'ampia area di contatto con l'elettrolita, anche l'area per la formazione del film SEI è maggiore, con conseguente riduzione dell'efficienza iniziale. Le particelle più grandi, d'altra parte, offrono il vantaggio di una maggiore densità di compattazione.

La superficie specifica dei materiali anodici in grafite è preferibilmente inferiore a 5 m2/g.

02 Distribuzione dimensionale delle particelle

L'influenza della dimensione delle particelle del materiale anodico in grafite sulle sue prestazioni elettrochimiche è che la dimensione delle particelle del materiale anodico inciderà direttamente sulla densità di presa del materiale e sulla sua area superficiale specifica.

La dimensione della densità del rubinetto influirà direttamente sulla densità di energia del volume del materiale e solo un'adeguata distribuzione delle dimensioni delle particelle del materiale può massimizzarne le prestazioni.

03 Densità del rubinetto

La densità di riempimento è la massa per unità di volume misurata dalla vibrazione che fa apparire la polvere in una forma relativamente compatta. È un indicatore importante per misurare la materia attiva. Il volume della batteria agli ioni di litio è limitato. Se la densità di riempimento è elevata, la materia attiva per unità di volume ha una massa elevata e la capacità di volume è elevata.

04 Densità di compattazione

La densità di compattazione riguarda principalmente l'espansione polare e si riferisce alla densità dopo la laminazione, dopo che il materiale attivo dell'elettrodo negativo e il legante sono stati inseriti nell'espansione polare. Densità di compattazione = densità dell'area / (spessore dell'espansione polare dopo la laminazione meno lo spessore della lamina di rame).

La densità di compattazione è strettamente correlata alla capacità specifica del foglio, all'efficienza, alla resistenza interna e alle prestazioni del ciclo della batteria.

Fattori che influenzano la densità di compattazione: dimensione, distribuzione e morfologia delle particelle sono tutti fattori che influiscono.

05 Densità reale

Peso della materia solida per unità di volume di un materiale in uno stato assolutamente denso (esclusi i vuoti interni).

Poiché la densità effettiva viene misurata in uno stato compattato, sarà superiore alla densità calcolata. Generalmente, densità effettiva > densità compattata > densità calcolata.

06 La prima capacità specifica di carica e scarica

Il materiale anodico in grafite ha una capacità irreversibile nel ciclo iniziale di carica-scarica. Durante il primo processo di carica della batteria agli ioni di litio, la superficie del materiale anodico si intercala con ioni di litio e le molecole di solvente nell'elettrolita vengono co-inserite, e la superficie del materiale anodico si decompone per formare un film di passivazione SEI. Solo dopo che la superficie dell'elettrodo negativo è stata completamente ricoperta dal film SEI, le molecole di solvente non hanno potuto intercalarsi e la reazione si è arrestata. La generazione del film SEI consuma una parte degli ioni di litio, e questa parte di ioni di litio non può essere estratta dalla superficie dell'elettrodo negativo durante il processo di scarica, causando così una perdita irreversibile di capacità, riducendo così la capacità specifica della prima scarica.

07 Prima efficienza di Coulomb

Un indicatore importante per valutare le prestazioni di un materiale anodico è la sua efficienza di prima carica-scarica, nota anche come efficienza di prima Coulomb. Per la prima volta, l'efficienza coulombiana determina direttamente le prestazioni del materiale dell'elettrodo.

Poiché il film SEI si forma principalmente sulla superficie del materiale dell'elettrodo, l'area superficiale specifica del materiale dell'elettrodo influenza direttamente l'area di formazione del film SEI. Maggiore è l'area superficiale specifica, maggiore è l'area di contatto con l'elettrolita e maggiore è l'area di formazione del film SEI.

In genere si ritiene che la formazione di una pellicola SEI stabile sia vantaggiosa per la carica e la scarica della batteria, mentre una pellicola SEI instabile sia sfavorevole alla reazione, che consumerà continuamente l'elettrolita, aumenterà lo spessore della pellicola SEI e aumenterà la resistenza interna.

08 Prestazioni del ciclo

Le prestazioni cicliche di una batteria si riferiscono al numero di cariche e scariche che la batteria subisce in un determinato regime di carica e scarica quando la capacità della batteria scende a un valore specificato. In termini di prestazioni cicliche, il film SEI ostacolerà in una certa misura la diffusione degli ioni di litio. All'aumentare del numero di cicli, il film SEI continuerà a staccarsi, staccarsi e depositarsi sulla superficie dell'elettrodo negativo, con conseguente aumento graduale della resistenza interna dell'elettrodo negativo, che porta ad accumulo di calore e perdita di capacità.

09 Espansione

Esiste una correlazione positiva tra espansione e durata del ciclo. Dopo l'espansione dell'elettrodo negativo, in primo luogo, il nucleo dell'avvolgimento si deformerà, le particelle dell'elettrodo negativo formeranno microfratture, il film SEI si romperà e si riorganizzerà, l'elettrolita si consumerà e le prestazioni del ciclo si deterioreranno; in secondo luogo, il diaframma verrà schiacciato. La pressione, in particolare l'estrusione del diaframma sul bordo perpendicolare dell'orecchio del polo, è molto elevata ed è facile causare microcortocircuiti o microprecipitazioni di litio metallico con l'avanzamento del ciclo di carica-scarica.

Per quanto riguarda l'espansione stessa, gli ioni di litio saranno incorporati nella spaziatura interstrato di grafite durante il processo di intercalazione della grafite, con conseguente espansione della spaziatura interstrato e aumento di volume. Questa espansione è irreversibile. L'entità dell'espansione è correlata al grado di orientamento dell'elettrodo negativo, il grado di orientamento = I004/I110, che può essere calcolato dai dati XRD. Il materiale di grafite anisotropa tende a subire un'espansione reticolare nella stessa direzione (la direzione dell'asse C del cristallo di grafite) durante il processo di intercalazione del litio, il che si tradurrà in una maggiore espansione di volume della batteria.

10Valuta le prestazioni

La diffusione degli ioni di litio nel materiale anodico in grafite ha una forte direzionalità, ovvero può essere inserita solo perpendicolarmente alla superficie terminale dell'asse C del cristallo di grafite. I materiali anodici con particelle piccole e un'elevata area superficiale specifica offrono prestazioni di velocità migliori. Inoltre, la resistenza superficiale dell'elettrodo (dovuta al film SEI) e la conduttività dell'elettrodo influiscono anche sulle prestazioni di velocità.

Analogamente alla durata del ciclo e all'espansione, l'elettrodo negativo isotropico presenta numerosi canali di trasporto degli ioni di litio, il che risolve i problemi di minori ingressi e basse velocità di diffusione nella struttura anisotropa. La maggior parte dei materiali utilizza tecnologie come la granulazione e il rivestimento per migliorarne le prestazioni di velocità.

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Nome della materia prima

Finezza del prodotto (mesh/μm)

capacità (t/h)