Materiais de ânodo de bateria de lítio e o futuro
A bateria de íons de lítio é uma bateria secundária recarregável, composta principalmente de cinco partes principais: eletrodo positivo, eletrodo negativo, eletrólito, separador e coletor de corrente.
A principal função dos materiais do eletrodo positivo e negativo é fazer com que os íons de lítio sejam extraídos / inseridos mais livremente, de modo a realizar a função de carga e descarga.
Durante o processo de carregamento, os íons de lítio são extraídos do material do eletrodo positivo e inseridos no material do eletrodo negativo correspondente através do eletrólito. Ao mesmo tempo, os elétrons fluem do eletrodo positivo através do circuito externo e fluem para o eletrodo negativo;
Quando uma bateria de lítio é descarregada, os íons de lítio são extraídos do eletrodo negativo e reincorporados no material do eletrodo positivo através do eletrólito. Ao mesmo tempo, os elétrons fluem do eletrodo negativo para o positivo através do circuito externo.
Qual é o material do ânodo da bateria de lítio?
O material do eletrodo negativo é o portador de íons de lítio e elétrons no processo de carregamento da bateria e desempenha o papel de armazenamento e liberação de energia. É um dos principais fatores que determinam o desempenho das baterias de íon-lítio e mantém a força vital da segurança da bateria de energia.
O material do eletrodo negativo ideal deve ter pelo menos as 7 condições a seguir
1. O potencial químico é baixo, formando uma grande diferença de potencial com o material do eletrodo positivo, obtendo-se uma bateria de alta potência;
2. Deve ter uma capacidade de ciclo específico superior;
3. Li + deve ser facilmente inserido e extraído no material do eletrodo negativo e tem uma alta eficiência coulômbica, de modo que possa haver uma carga relativamente estável e tensão de descarga durante o processo de extração de Li +;
4. Boa condutividade eletrônica e condutividade iônica;
5. Possui boa estabilidade e certo grau de compatibilidade com eletrólitos;
7. A fonte dos materiais deve ser rica em recursos, baixo preço, simples no processo de fabricação; seguro, verde e livre de poluição.
Materiais de ânodo que atendem às condições acima basicamente não existem no momento, então a pesquisa de novos materiais de ânodo com alta densidade de energia, bom desempenho de segurança, preço baixo e materiais facilmente disponíveis se tornou uma tarefa urgente, que também é um tema quente em o campo de pesquisa de baterias de lítio nesta fase.
Exploração e futuro de materiais de ânodo para baterias de lítio
O material composto de grafeno / fosfato de hidrogênio de zircônio (ZrP) é usado como o material do eletrodo negativo da bateria de lítio, que pode superar a condutividade dos materiais da bateria.
Os problemas de propriedades elétricas fracas e efeitos graves de expansão de volume têm as características de forte estabilidade de ciclo e forte condutividade elétrica.
1. Mecanismo de armazenamento de lítio de compostos de grafeno / ZrP
1. Comportamento de armazenamento de lítio de materiais de grafeno
O grafeno tem melhores canais de transmissão de elétrons e íons, o que é benéfico para acelerar a taxa de carga e descarga. Quando o grafeno é usado como um material de eletrodo negativo, a fórmula de reação química é a seguinte:
Embora o grafeno tenha uma alta taxa de difusão de Li + e tenha uma alta capacidade durante o primeiro processo de carga e descarga quando usado como um material de eletrodo negativo para baterias de lítio, a capacidade do grafeno irá decair rapidamente após vários ciclos completos de carga e descarga e não pode ser usado sozinho. Material do ânodo da bateria de lítio, isso ocorre porque o material de grafeno vai reagir com o eletrólito da bateria de lítio durante a primeira carga e descarga, e a superfície de contato com o eletrólito se tornará maior durante o ciclo elétrico, o que levará ao acúmulo de camadas, resultando em irreversibilidade e instabilidade. Passivação do filme SEI, enquanto o grafeno preparado é fácil de aglomerar e acumular devido à estrutura lamelar, o que torna baixa sua eficiência coulômbica.
2. Efeito sinérgico de materiais compostos de grafeno / ZrP
O composto de hidrogenofosfato de zircônio e grafeno pode não apenas melhorar a condutividade da bateria e melhorar seu efeito de expansão de volume, mas também tem boa capacidade de armazenamento de lítio e pode aumentar a capacidade específica do material composto. Comparado com outros materiais de carbono, o grafeno tem as vantagens de uma grande área de superfície específica, alta resistência mecânica e boa condutividade elétrica. Pesquisas sobre SnO 2, FeSb 2 e outros materiais mostraram que a introdução do grafeno pode melhorar efetivamente seu desempenho eletroquímico.
2. Princípio de funcionamento do composto de grafeno / ZrP
O material composto de hidrogênio fosfato de grafeno / zircônio é preparado pelo método solvotérmico, que pode fazer com que o grafeno gerado adira à superfície do hidrogenofosfato de zircônio in situ para obter hidrogenofosfato de zircônio e material composto de grafeno. Após a calcinação, o grafeno pode estar no hidrogenofosfato de zircônio. Vacâncias de oxigênio são formadas na rede cristalina, aumentando assim o número de portadores e defeitos na rede, e melhorando a condutividade. A presença de grafeno permite a formação de uma rede condutiva entre as nanopartículas de fosfato de hidrogênio de zircônio, o que é benéfico para melhorar a condutividade geral do material. Ao mesmo tempo, o grafeno é usado como um filme flexível para revestir a superfície do hidrogenofosfato de zircônio, que pode tamponar o efeito de expansão do volume durante o processo de carga e descarga.
Terceiro, as perspectivas potenciais de materiais compostos de grafeno / ZrP
1. O método de preparo possui as características de operação simples e fácil, forte reprodutibilidade, baixo custo e sem poluição ao meio ambiente;
2. O material composto de hidrogenofosfato de zircônio e grafeno preparado por este método é usado como o material do eletrodo negativo da bateria de lítio, que pode superar os problemas de baixa condutividade da bateria e sério efeito de expansão de volume, e tem as características de forte estabilidade de ciclo e forte condutividade;
3. Como o grafeno tem alta condutividade e grande área de superfície específica, ele pode melhorar efetivamente a condutividade dos materiais compostos da bateria e, ao mesmo tempo, o revestimento de grafeno pode melhorar efetivamente o efeito de expansão do volume dos materiais compostos da bateria e melhorar o desempenho eletroquímico de materiais compostos da bateria.
