◆אַללוי -טיפּ אַנאָוד מאַטעריאַלס
◆קאַנווערזשאַן-טיפּ אַנאָוד מאַטעריאַלס
◆ליטהיום מעטאַל אַנאָוד מאַטעריאַלס
אין די טשאַרדזשינג פּראָצעס פוןליטהיום -יאָן באַטעריז, די נעגאַטיוו ילעקטראָוד מאַטעריאַל פיעסעס אַ קריטיש ראָלע אין קעריינג ליטהיום ייאַנז און עלעקטראָנס, און איז יקערדיק פֿאַר ענערגיע סטאָרידזש און מעלדונג. פֿון אַ קאָסט פּערספּעקטיוו, די מאַטעריאַלס אַקאַונץ פֿאַר 5% צו 15% פון די גאַנץ באַטאַרייע מאַנופאַקטורינג קאָס און זענען געהאלטן איינער פון די ינדיספּענסאַבאַל שליסל רוי מאַטעריאַלס פֿאַר ליטהיום - יאָן באַטאַרייע פּראָדוקציע. ווי די positive ילעקטראָוד מאַטעריאַל, די נעגאַטיוו ילעקטראָוד מאַטעריאַל פיעסעס אַ גאָר וויכטיק ראָלע אין פּראַמאָוטינג די העכערונג פון ליטהיום - יאָן באַטאַרייע טעכנאָלאָגיע. אין די לעצטע יאָרן, מיט די ינקריסינג פאָדערונג פֿאַר ימפּרוווד באַטאַרייע פאָרשטעלונג - ספּאַסיפיקלי, די יאָג פון העכער ענערגיע געדיכטקייַט, מאַכט געדיכטקייַט, און בעסער ציקל פעסטקייַט און זיכערקייַט - ריסערטשערז האָבן באַצאָלט גרויס ופמערקזאַמקייט צו די נעגאַטיוו ילעקטראָוד מאַטעריאַל, איינער פון די האַרץ קאַמפּאָונאַנץ פון ליטהיום - יאָן
באַטעריז. אַ ידעאַל נעגאַטיוו ילעקטראָוד מאַטעריאַל זאָל האָבן די פאלגענדע קעראַקטעריסטיקס:
(1) לייטווייט, אַקאַמאַדייטינג ווי פיל לי ווי מעגלעך צו אַפּטאַמייז ספּעציפיש קאַפּאַציטעט.
(2) נידעריק רעדאָקס פּאָטענציעל פֿאַר ליטהיום יאָן ינסערשאַן און יקסטראַקשאַן ריאַקשאַנז, וואָס העלפּס צו דערגרייכן אַ העכער באַטאַרייע רעזולטאַט וואָולטידזש.
(3) גוט עלעקטראָניש און ייאַניק קאַנדאַקטיוואַטי.
(4) ינסאַליאַבאַל אין עלעקטראָליטע סאָלוואַנץ און טוט נישט רעאַגירן מיט ליטהיום סאָלץ. (5) ויסגעצייכנט כעמישער פעסטקייַט נאָך טשאַרדזשינג און דיסטשאַרדזשינג, הויך זיכערקייַט פאָרשטעלונג און ציקל לעבן, און נידעריק זיך - אָפּזאָגן קורס.
(6) ביליק, שעפעדיק רעסורסן, און ינווייראַנמענאַלי פרייַנדלעך.
אַנאָוד מאַטעריאַלס קענען זיין צעטיילט אין צוויי הויפּט קאַטעגאָריעס באזירט אויף זייער כעמישער זאַץ: טשאַד {{0} באזירט מאַטעריאַלס און ניט - טשאַד-באזירט מאַטעריאַלס. קאַרבאָן - באזירט מאַטעריאַלס קענען זיין ווייַטער סאַבדיוויידיד אין גראַפיטיק טשאַד מאַטעריאַלס און אַמאָרפאַס טשאַד מאַטעריאַלס. ניט{-קאַרבאָן-באזירט מאַטעריאַלס אַרייַננעמען סיליציום-באזירט, טיטאַניום-באזירט, און פאַרשידן מעטאַל אַקסיידז. דערווייַל, די וויידלי געוויינט אַנאָוד מאַטעריאַלס אויף די מאַרק אַרייַננעמען דער הויפּט דריי טייפּס: טשאַד-באזירט מאַטעריאַלס, ליטהיום טיטאַנאַטע (LiTisOi2), און טשאַד קאַמפּאַזאַט מאַטעריאַלס ינקאָרפּערייטינג סיליציום. קאַרבאָן-באזירט מאַטעריאַלס קענען זיין ווייַטער צעטיילט אין גראַפייט (נאַטירלעך און קינסטלעך גראַפייט), ווייך טשאַד און שווער טשאַד. צווישן די קאַטעגאָריעס, קינסטלעך גראַפייט האלט די גרעסטע מאַרק טיילן.
ינטערקאַלאַטעד אַנאָוד מאַטעריאַלס
טשאַד מאַטעריאַלס
אין דער אַנטוויקלונג פון ליטהיום {{0} יאָן באַטעריז, די כידעש פון ניצן טשאַד - באזירט מאַטעריאַלס צו פאַרבייַטן מעטאַלליק ליטהיום ווי די אַנאָוד איז אַ הויפּט ברייקטרו אין דעם טעכנאָלאָגיע. ביז איצט, קיין אנדערע טיפּ פון אַנאָוד מאַטעריאַל קענען גלייַכן זייַן פּרייַז - יפעקטיוונאַס און פאָרשטעלונג; דעריבער, עס איז דערוואַרט אַז טשאַד {{4} באזירט מאַטעריאַלס וועט בלייַבן די ערשטיק ברירה פֿאַר גרויס{{5} וואָג געשעפט אַפּלאַקיישאַנז פֿאַר אַ היפּש צייט. באַזירט אויף דער גראַד פון גראַפיטיזאַטיאָן, טשאַד - באזירט מאַטעריאַלס געניצט ווי אַנאָדעס קענען זיין קלאַסאַפייד אין דרייַ קאַטעגאָריעס: גראַפייט, ווייך טשאַד און שווער טשאַד. ניט -גראַפיט טשאַד מאַטעריאַלס אַלע ויסשטעלונג אַ טענדענץ צו יבערמאַכן אין גראַפייט בעשאַס הויך - טעמפּעראַטור פּראַסעסינג; אָבער, עטלעכע סאַבסטאַנסיז זענען מער פּראָנע צו דעם טראַנספאָרמאַציע און זענען דיפיינד ווי ווייך טשאַד; בשעת די וואָס זענען שווער צו פאַרענדיקן דעם פּראָצעס זענען גערופן שווער טשאַד. טיפּיקאַללי, ווייך טשאַד קענען זיין באקומען פון רוי מאַטעריאַלס אַזאַ ווי קוילן טאַר אָדער נאַפט פּעך; אין קאַנטראַסט, שווער טשאַד איז מערסטנס סינטאַסייזד פון קאַמפּאָונאַנץ אַזאַ ווי פענאָליק סמאָלע אָדער סוקראָוס. דערווייַל, איינער פון די מערסט געלערנט סאַבדזשעקץ אין די פעלד פון ווייך טשאַד איז מעסאָפאַסע טשאַד מיקראָספערעס. ביידע גראַפיטיק און ניט -גראַפיטיק טשאַד מאַטעריאַלס האָבן זייער אייגן אַדוואַנידזשיז און דיסאַדוואַנטידזשיז ווען געוויינט ווי נעגאַטיוו ילעקטראָודז אין ליטהיום -יאָן באַטעריז. באַזירט אויף דעם, ריסערטשערז אָפט נוצן פאַרשידן סאַב-סעגמאַנץ צו מאָדיפיצירן און טוישן די ייבערפלאַך פון די טשאַד מאַטעריאַלס אין סדר צו פֿאַרבעסערן זייער פאָרשטעלונג.
גראַפיטע, ווי אַ לייערד מאַטעריאַל (פיגורע 5 -8), האט אַן ינערלעך סטרוקטור וואָס באשטייט פון אַ כעקסאַגאַנאַל פריימווערק פון אַטאָמס עריינדזשד אין אַ ספּ2 כייבריד שטאַט, יקסטענדינג אין צוויי דימענשאַנז. ין יעדער שיכטע, טשאַד אַטאָמס פאָרעם אַ שטאַרק כעקסאַגאַנאַל גריד סטרוקטור מיט אַ טשאַד-טשאַד אַטאָם דיסטאַנסע פון 0.142 נם און אַ בונד ענערגיע פון 345 קדזש / מאָל, יגזיביטינג גאָר שטאַרק פעסטקייַט. אין קאַנטראַסט, טשאַד אַטאָמס צווישן פאַרשידענע לייַערס זענען פארבונדן דורך שוואַך וואַן דער וואַאַלס פאָרסעס, מיט אַ ינטעראַקשאַן ענערגיע פון בלויז 16.7 קדזש / מאָל, קאָראַספּאַנדינג צו אַ געמאסטן ינטערפּלאַנאַר ספּייסינג פון 0.3354 נם. ליטהיום ייאַנז קענען אַנדערגאָו ריווערסאַבאַל ינסערשאַן און יקסטראַקשאַן צווישן די זעקס טשאַד לייַערס פון גראַפייט, פאָרמינג LiC6 קאַמפּאַונדז צו קראָם ליטהיום. בעשאַס דעם פּראָצעס, די ינטערלייער ספּייסינג ענדערונגען באטייטיק; פֿאַר LiC6, די ווערט ווערט 0.37 נם, אַזוי אַטשיווינג אַ טעאָרעטיש מאַקסימום ספּעציפיש קאַפּאַציטעט פון 372 מאַ · ה / ג. דערצו, די ויסגעצייכנט קאַנדאַקטיוואַטי פון גראַפייט פאַסילאַטייץ גיך עלעקטראָן מייגריישאַן אין דעם מאַטעריאַל. אָבער, ווען געוויינט ווי אַ נעגאַטיוו ילעקטראָוד מאַטעריאַל, גראַפייט אויך גיט עטלעכע דיסאַדוואַנטידזשיז: זיין לעפיערעך נידעריק ליטהיום ינסערשאַן / יקסטראַקשאַן וואָולטידזש פּלאַטאָ קענען פירן צו דער וווּקס פון ליטהיום דענדריטעס בעשאַס טשאַרדזשינג אָדער דיסטשאַרדזשינג. אַמאָל די דענדריטעס דורכנעמען די באַטאַרייע סעפּאַראַטאָר, זיי קענען פאַרשאַפן ינערלעך קורץ סערקאַץ, פּאַטענטשאַלי לידינג צו פירעס אָדער אפילו יקספּלאָוזשאַנז, טרעטאַנינג באַטאַרייע זיכערקייַט.
פיגורע 5-8 סכעמאַטיש דיאַגראַמע פון גראַפייט לייערד סטרוקטור
גראַפיטע איז דער הויפּט צעטיילט אין צוויי קאַטעגאָריעס: נאַטירלעך גראַפייט און קינסטלעך גראַפייט. נאַטירלעך גראַפייט, אַבריוויייטיד ווי NG (נאַטירלעך גראַפייט), רעפערס צו אַ הויך - טשאַד מאַטעריאַל יקסטראַקטיד פון נאַטור און באקומען דורך פּשוט פּראַסעסינג. עס פארמאגט צוויי פאַרשידענע מאָרפאָלאָגיעס פון לייערד קריסטאַל סטרוקטור: כעקסאַגאַנאַל און רהאָמביק. דעם מאַטעריאַל איז ניט בלויז שעפעדיק אין ריזערווז, אָבער אויך נידעריק אין פּרייַז און ינווייראַנמענאַלי פרייַנדלעך. אָבער, אין ליטהיום {- יאָן באַטאַרייע אַפּלאַקיישאַנז, רעכט צו דער אַניוואַן פאַרשפּרייטונג פון ייבערפלאַך טעטיקייט און גרויס קערל גרייס פון נאַטירלעך גראַפייט פּודער פּאַרטיקאַלז, זייַן ייבערפלאַך קריסטאַל סטרוקטור איז לייכט דאַמידזשד בעשאַס אָפּצאָל- אָפּזאָגן סייקאַלז, לידינג צו אַניוואַן SEI פילם קאַווערידזש און אַפעקטינג די באַטאַרייע ס ערשט קאָולאָמביק עפעקטיווקייַט און קורס פאָרשטעלונג. צו באַקומען די טשאַלאַנדזשיז, ריסערטשערז האָבן דעוועלאָפּעד פאַרשידן טעקניקס צו פֿאַרבעסערן די פּראָפּערטיעס פון נאַטירלעך גראַפייט, אַזאַ ווי ספערוידיזאַטיאָן, אַקסאַדיישאַן ייבערפלאַך באַהאַנדלונג, פלאָראַניישאַן און ייבערפלאַך טשאַד קאָוטינג, מיט די ציל צו אַפּטאַמייז די ייבערפלאַך קעראַקטעריסטיקס און מיקראָסטרוקטורע.
קינסטלעך גראַפייט קענען זיין געשאפן דורך הויך -טעמפּעראַטור גראַפיטיזאַטיאָן פון לייכט גראַפיטיזעד טשאַד מאַטעריאַלס. דער טיפּ פון מאַטעריאַל איז וויידלי געניצט ווי די אַנאָוד מאַטעריאַל אין ליטהיום - יאָן באַטעריז. קאַמפּערד מיט נאַטירלעך גראַפייט, קינסטלעך גראַפייט יגזיבאַץ באַטייַטיק אַדוואַנידזשיז אין טערמינען פון לאַנג ציקל לעבן, הויך -טעמפּעראַטור סטאָרידזש קאַפּאַציטעט און הויך {{5} קורס פאָרשטעלונג, מאכן עס איינער פון די בילכער אַנאָוד מאַטעריאַלס פֿאַר ליטהיום {{6} יאָן באַטעריז געניצט אין נייַ ענערגיע וועהיקלעס אין טשיינאַ. רעכט צו זיין גרויס ספּעציפיש קאַפּאַציטעט און לעפיערעך נידעריק פּרייַז, קינסטלעך גראַפייט איז אויך וויידלי געניצט אין מאַכט באַטעריז און מיטן - צו - הויך - קאַנסומער עלעקטראָניק פּראָדוקטן. סטאַטיסטיק ווייַזן אַז אין 2021, קינסטלעך גראַפייט אַקאַונאַד פֿאַר 84% פון אַלע טראַנספּאָרט פון אַנאָוד מאַטעריאַל.
ניט -גראַפיט טשאַד מאַטעריאַלס זענען דער הויפּט צעטיילט אין צוויי קאַטעגאָריעס: שווער טשאַד און ווייך טשאַד. שווער טשאַד רעפערס צו אַ טיפּ פון טשאַד מאַטעריאַל וואָס איז שווער צו יבערמאַכן אין אַ גראַפייט סטרוקטור אפילו ביי גאָר הויך טעמפּעראַטורעס (אויבן 2800 גראַד). די מאַטעריאַלס זענען יוזשאַוואַלי באקומען דורך פּיראָלייזינג זיכער פּאָלימערס. ספּאַסיפיקלי, פּראָסט קוואלן פון שווער טשאַד אַרייַננעמען פאַרשידן סמאָלע קאַרבאַנז (אַזאַ ווי פענאָליק סמאָלע, פּאָליפורפוריל אַלקאָהאָל סמאָלע פּפאַ - C, און יפּאַקסי סמאָלע), טשאַד געשאפן דורך די פּיראָליסיס פון ספּעציפיש פּאָלימערס (אַזאַ ווי פּאָליוויניל אַלקאָהאָל (פּוואַ), פּאָליווינילידענין פלאָרייד (פּוודף), און פּאָליאַנקרילאָניטרילען (שוואַרץ) פּראָדוקטן ווי שוואַרץ און אַקרילאָניטריקאַרבאָן). בעשאַס דער צוגרייטונג פּראָצעס, אַ גרויס נומער פון לאַטאַס חסרונות זענען געשאפן ין די שווער טשאַד, וואָס אַלאַוז ליטהיום ייאַנז ניט בלויז צו ינטערקאַלייט צווישן טשאַד לייַערס, אָבער אויך צו פּלאָמבירן די דעפעקט מקומות, אַזוי געבן אַנאָדעס געמאכט פון דעם מאַטעריאַל אַ הויך ספּעציפיש קאַפּאַציטעט (צווישן 350 און 500 מאַ · ב / ג), וואָס איז זייער וווילטויק פֿאַר ימפּרוווינג די קוילעלדיק באַטאַרייע קאַפּאַציטעט. אָבער, די אַפאָרמענשאַנד לאַטאַס חסרונות אויך פירן צו נידעריק ערשט קאָולאָמביק עפעקטיווקייַט און נעבעך ציקל פעסטקייַט ווען שווער טשאַד איז געניצט ווי אַ אַנאָוד מאַטעריאַל. ביז היינט, צוליב די פראבלעמען, איז שווער קארבאן נישט וויידלי גענוצט אין קאמערשעל פראדוצירטע ליטהיום{- יאָן באַטעריז, און עס זענען נאָך עטלעכע מניעות איידער עס קענען זיין געוויינט אויף אַ גרויס וואָג.
ווייך טשאַד רעפערס צו אַמאָרפאַס טשאַד מאַטעריאַלס וואָס גרינג גראַפיטיזירן אונטער הויך -טעמפּעראַטור טנאָים (אויבן 2800 גראַד). די מאַטעריאַלס אַרייַננעמען פּעך, נאָדל קאָקס, נאַפט קאָקס און טשאַד פייבערז. רעכט צו דער נידעריק מדרגה פון גראַפיטיזאַטיאָן אין ווייך טשאַד, זייַן סטרוקטור כּולל פילע חסרונות, אַלאַוינג עס ריווערסאַבלי אַקאַמאַדייט מער ליטהיום ייאַנז; סיימאַלטייניאַסלי, די גרעסערע ינטערלייער ספּייסינג פּראַמאָוץ עלעקטראָליטע דורכדרונג. דעריבער, באזירט אויף די קעראַקטעריסטיקס, ווייך טשאַד מאַטעריאַלס ויסשטעלונג הויך קאַפּאַציטעט בעשאַס די ערשט אָפּזאָגן. אָבער, פּונקט ווייַל פון זייַן סטראַקטשעראַל ינסטאַביליטי, זייַן יריווערסאַבאַל קאַפּאַציטעט איז אויך לעפיערעך הויך. דערצו, די ירעגיאַלעראַטי פון די ינערלעך סטרוקטור פון ווייך טשאַד פירט צו וועריינג ענערגיע דיסטריביושאַנז פון ליטהיום - יאָן אַקטיוו זייטלעך, ריזאַלטינג אין אַ פעלן פון אַ דיפיינד וואָולטידזש פּלאַטאָ בעשאַס אָפּצאָל און אָפּזאָגן, וואָס לימאַץ זייַן פּראַקטיש אַפּלאַקיישאַנז.
טיטאַניום דייאַקסייד
טיטאַניום דייאַקסייד (TiO2) ווייזט גרויס פּאָטענציעל ווי אַ נעגאַטיוו ילעקטראָוד מאַטעריאַל פֿאַר ליטהיום {{1} יאָן באַטעריז, ניט בלויז רעכט צו זייַן פיזאַבילאַטי פֿאַר גרויס פּראָדוקציע און נידעריק פּרייַז, אָבער אויך ווייַל עס יגזיבאַץ ויסגעצייכנט זיכערקייַט און פעסטקייַט ביי אַן אַפּערייטינג וואָולטידזש פון 1.5 וו (רעלאַטיוו צו לי / לי). אין אַדישאַן, TiO2 פארמאגט אַ סעריע פון מערקווירדיק פּראָפּערטיעס: הויך עלעקטראָטשעמיקאַל טעטיקייט, שטאַרק אַקסאַדייזינג מאַכט, גוט כעמישער פעסטקייַט, שעפעדיק נאַטירלעך רעסורסן און דייווערס קריסטאַל סטראַקטשערז.
די אַדוואַנטידזשיז קאַלעקטיוולי מאַכן TiO2 איינער פון די ידעאַל ברירה פון נעגאַטיוו ילעקטראָוד מאַטעריאַל פֿאַר ליטהיום - יאָן באַטעריז (ספּעציעל אין די פעלד פון כייבריד עלעקטריק וועהיקלעס).
טהעאָרעטיקאַללי, יעדער אַפּאַראַט מאַסע פון TiO2 קענען קראָם איין ליטהיום יאָן, קאָראַספּאַנדינג צו אַ קאַפּאַציטעט פון 330 מאַ·ה / ג, וואָס איז כּמעט צוויי מאָל די טעאָרעטיש קאַפּאַציטעט פון ליטיאָ2. אָבער, אין פיר, עס איז געפונען אַז דערגרייכן דעם טעאָרעטיש מאַקסימום ליטהיום סטאָרידזש קאַפּאַציטעט איז גאַנץ שווער. פילע סיבות ימפּלאַמענט די ליטהיום יאָן ינסערשאַן און יקסטראַקשאַן עפעקטיווקייַט אין טיטאַניום דייאַקסייד, אַרייַנגערעכנט אָבער ניט לימיטעד צו די קריסטאַלינאַס פון די מאַטעריאַל, פּאַרטאַקאַל גרייס, ינערלעך סטראַקטשעראַל קעראַקטעריסטיקס און ספּעציפיש ייבערפלאַך געגנט. עס איז כדאי צו באמערקן אַז TiO2 יגזיסץ אין פאַרשידן קריסטאַל פאַסעס, די מערסט באַוווסט זייַנען די רוטיל און אַנאַטאַסע טייפּס אין די טעטראַגאָנאַל קריסטאַל סיסטעם, און די בראָקיטע טיפּ אין די אָרטהאָמביק קריסטאַל סיסטעם.