Como um dos quatro principais materiais das baterias de íons de lítio, o material do eletrodo negativo, sua capacidade específica e tensão de operação determinam diretamente a densidade de energia e a tensão de operação da bateria. Embora os materiais de silício estejam gradualmente se tornando industrializados, os materiais de eletrodos negativos atuais ainda são grafite. O material do eletrodo negativo tem um menor potencial de intercalação de lítio durante o processo de reação, e o composto de intercalação de lítio intercalado gerado ao mesmo tempo substitui o eletrodo negativo de lítio metálico, evitando assim a deposição de dendritos de lítio metálico, aumentando significativamente a segurança. Como último tema dos quatro principais materiais das baterias de lítio, teremos uma compreensão sistemática e intuitiva dos materiais de grafite através de conhecimentos básicos,

Os materiais de grafite são divididos principalmente em grafite artificial e grafite natural. O grafite artificial pode ser dividido em MCMB (microesferas de mesocarbono), carbono macio e carbono duro de acordo com diferentes técnicas de processamento. O grafite ideal tem uma estrutura em camadas. Semelhante ao anel benzênico, as camadas são conectadas por grandes ligações π; possui um sistema cristalino hexagonal tipo 2H e um sistema cristalino romboédrico tipo 3R.

Para grafite ideal, sua capacidade teórica é de 372mAh/g, mas no processo de projeto real da bateria, o eletrodo negativo é geralmente excessivo em 5%-10%. Ao mesmo tempo, o filme SEI é formado durante o primeiro processo de carregamento para proteger a superfície do eletrodo negativo e evitar a eletrólise. A reação adicional entre o líquido e o eletrodo negativo e a qualidade deste filme afetarão diretamente o desempenho da bateria.

À medida que a intercalação de íons de lítio no eletrodo negativo de grafite se torna cada vez mais profunda (Estágio-4-Estágio-1), a cor da superfície do eletrodo negativo muda gradualmente, de preto para preto azulado para amarelo escuro e finalmente para amarelo dourado, e o eletrodo negativo de grafite também completa a transformação C -----LiC12----LiC6, completando assim o processo de carregamento.

A diferença na morfologia entre o grafite natural e a tinta artificial é que o grafite natural possui diferentes tamanhos de partículas e ampla distribuição de tamanhos de partículas. A grafite natural não tratada não pode ser usada diretamente como material de eletrodo negativo. Ele precisa ser processado após uma série de processos. No entanto, o grafite artificial é mais consistente na morfologia e na distribuição do tamanho das partículas; geralmente acredita-se que o grafite natural tem alta capacidade, alta densidade de compactação e preço relativamente barato, mas devido a diferentes tamanhos de partículas, existem muitos defeitos de superfície, que não são compatíveis com eletrólitos. A compatibilidade do grafite é relativamente baixa e há muitas reações colaterais; enquanto o grafite artificial tem propriedades mais equilibradas, bom desempenho de ciclo, melhor compatibilidade com eletrólito e preço mais alto.

Para materiais de eletrodos negativos, muitas vezes ouvimos o conceito de grau de orientação, que é o chamado valor OI. Seu tamanho afetará diretamente a infiltração de eletrólitos do eletrodo negativo, a impedância da superfície e o desempenho de carga-descarga de alta taxa. Expansão durante o ciclismo.
Grau de orientação=I(004)/I(110), que pode ser calculado a partir de dados XRD.

Com a diminuição do grau de orientação, a capacidade de carregamento de alta taxa é gradualmente melhorada, atingindo um valor estável.

Além disso, a morfologia do eletrodo negativo de grafite também tem grande influência no desempenho da bateria. O contato entre partículas de grafite esféricas obviamente não é tão bom quanto o de partículas de grafite irregulares, então a impedância também será maior, o que é importante para o projeto do material. Em uma direção, combinar o tamanho das partículas e garantir o contato da superfície entre as partículas aumenta a área de contato e reduz a resistência de contato, atingindo assim o objetivo de reduzir a polarização.

O estado do revestimento do próprio material também afetará o desempenho do eletrodo negativo. Geralmente, alguns materiais de carbono amorfo são revestidos para melhorar a impedância da interface do eletrodo negativo e melhorar a baixa temperatura e o desempenho do ciclo.

À medida que a densidade de energia da bateria aumenta, a taxa de utilização da capacidade do eletrodo negativo de grafite está gradualmente se aproximando do valor teórico, e a compactação será cada vez maior, o que requer que a estabilidade do eletrodo negativo de grafite seja melhorada de acordo. Impureza e revestimento ainda são um método convencional de tratamento. Após a modificação, a estrutura e o estado da superfície do ânodo de grafite podem ser protegidos durante o ciclo, o que aumenta a estabilidade do ciclo. Além disso, a introdução de elementos metálicos e não metálicos também pode melhorar significativamente o desempenho do eletrodo negativo.

Desta vez, apresento principalmente alguns conhecimentos básicos de eletrodo negativo. O próximo artigo apresentará principalmente a detecção de parâmetros relacionados a eletrodos negativos, portanto, fique atento. "