なぜグラファイトカソード材料がリチウム電池に適しているのですか？

リチウムイオン電池とは、2つの異なるリチウム化合物をリチウムイオン電池の正極と負極として可逆的に埋め込みおよび取り外し可能な二次電池システムを指します。充電中、リチウムイオンは正極から外れ、電解質とダイアフラムを介してカソードに埋め込まれます。排出プロセスが異なります。リチウムイオンはカソードから離陸し、電解質とダイアフラムを介して正極に埋め込まれます。

リチウムイオン電池のカソードは、カソード活物質、接着剤、添加剤を混合したペースト接着剤で、乾燥、圧延後、銅箔の両面に均一に作られています。

カソード材料としてのグラファイトの利点

グラファイトは炭素同素体であり、どちらも密接に関連しています。グラファイトは炭素元素の最も安定した形態です（ダイヤモンドは炭素の準安定同素体の一種ですが、その硬度はグラファイトよりもはるかに高いですが、本質的に最も硬い物質ですが、安定性はグラファイトよりも低くなります）。

ギリシャ語の「グラファイト」に由来するグラファイトという用語は、耐熱性、耐食性、優れた導電性、熱伝導性、安定した化学的性質を備え、アルミニウムよりも軽量です。リチウムイオン電池のアノード材料に加えて、高品質のグラファイトは、燃料電池、太陽電池、半導体、発光ダイオード（LED）、および原子炉などのさまざまなドメインにも使用できます。

一般に、導電率が高く、体積変化が小さい層状構造のグラファイトは、挿入されたリチウム容量が高く、リチウム電気が埋め込まれている低ビットの利点の前後で、市販のリチウムイオン電池のカソード材料の主流になっています。

グラファイトのアクセス

グラファイトの場合、1つは天然鉱石、もう1つはコールタールの合成です。グラファイト材料を使用したリチウムイオン電池は、通常、55％のグラファイトと、45％の低純度の天然グラファイトの調製で作られています。調整します。

合成黒鉛の均質性と純度は天然黒鉛よりも優れているため、メーカーはかつて人気のある合成黒鉛です。今は同じではありませんが、最新の化学精製法を適用することで、熱処理により99.9％の純度の天然黒鉛を得ることができます。対照的に、合成では、グラファイトの純度は99％であり、前者の方が一般的です。

合成黒鉛と比較して、精製天然フレーク黒鉛は結晶性が高く、電気伝導率と熱伝導率が優れています。さらに、天然黒鉛はリチウムイオン電池の製造コストを削減すると同時に、同等またはそれ以上の優れた電池性能を得ることが期待されています。

合成黒鉛が置き換わることが期待できます。将来は、より安価で環境にやさしい天然黒鉛と天然黒鉛から合成されたグラフェンに属します。

グラファイトの挿入されたliメカニズム

グラファイトの優れた導電性、高度な結晶化、優れた層構造を持ち、繰り返し埋め込まれるリチウムイオンに非常に適しています-埋め込まれ、現在最も広く使用されている、最も成熟したカソード材料の技術です。グラファイト層の後に埋め込まれたリチウムイオンは、挿入されたli結合LixC6（0 x 1以下）を形成し、理論容量は372 mAh / g（x = 1）で、次のように反応します：xLi ++ 6 c + xe ---> LixC6

下図のように、グラファイト層と層蓄積モードの間に埋め込まれたリチウムイオンがABABからAAAAに変化しました。

グラファイトの改質

グラファイト層間隔（d 0.34 nm以下）がグラファイトLixC6インターカレート-li化合物の結晶層間隔（0.37 nm）よりも小さいため、充電および放電の過程でグラファイト層間隔が変化し、フレークグラファイト層が発生しやすくなります。 、粉砕は、リチウムイオンと有機溶媒分子の一般的な埋め込みグラファイト層と有機溶媒の分解が発生し、セルサイクルのパフォーマンスに影響を与えます。

カーボン、グラファイト表面酸化、ポリマー熱分解のコーティングなどのグラファイト修飾により、コアシェル構造の複合グラファイトを形成することで、グラファイトの充放電性能を向上させ、比容量を向上させることができます。

その他のアノード材料

現在、グラファイトアノード材料は市販のリチウムイオン電池の主流であり、その理論容量は372 mAh / gであり、市場ではグラファイトアノード材料のより優れた性能で360 mAh / gに達することができ、g容量は徐々に傾向があります値を制限します。カソード材料としてのグラファイトは、真円度偏差の欠点など、gの容量が小さいが、グラファイトアノード材料クラスのコストパフォーマンスが高いため、すぐに新しい材料に置き換えられることはありません。具体的な理由は次のとおりです。

新しいカソード材料技術は成熟しておらず、性能向上にも長い時間が必要です。

新しいアノード材料の価格は高く、グラファイトアノードの価格優位性は明らかです。

アノード材料は、アノード材料、電解質、および用途と一致する必要があり、現在、特定の容量のアノード材料は一般に低い。

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