リチウム電池がグラファイトカソード材料を使用するのはなぜですか？

リチウムイオン電池とは、2つの異なるリチウム化合物がアノードとカソードとして埋め込まれている二次電池システムのことです。充電中、リチウムイオンはアノードから電解質とダイアフラムを介して放出され、カソードに埋め込まれます。放電中、リチウムイオンはカソードから電解質とダイアフラムを介して放出され、アノードに埋め込まれます。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、添加剤から作られ、乾燥と圧延によって銅箔の両面にペースト接着剤を均一に混合します。

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、高い導電性、小さな体積変化の層状構造、インターカレーション-liインターカレーション-li容量が高く、埋め込まれたリチウム電気の低ビットの利点の前後のグラファイトは、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、2つの方法のいずれかです。1つは天然鉱石、もう1つはコールタールの合成です。また、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を調合するために調製されたものでできています。

合成黒鉛の均質性と純度が天然黒鉛よりも優れているため、製造業者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

ABABAAAAによる蓄積の間にグラファイト層と層を作るためのリチウムイオン埋め込み方法。

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。

1.新しいアノ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。

2.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。

3.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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