Il materiale dell'anodo è un componente fondamentale delle batterie agli ioni di litio. Determina la velocità di funzionamento delle batterie agli ioni di litio. Influisce anche sull'efficienza iniziale di carica-scarica e sulla stabilità del ciclo. Gli anodi in grafite naturale sono realizzati a partire da grafite naturale in scaglie. Il processo include schiacciamento, sferoidizzante, classificare, purificazione e modifica della superficie. Sono economici, abbondanti, sicuri e non tossici. Offrono anche una buona conduttività elettrica. Tra questi, la grafite sferica offre i vantaggi di una buona conduttività, elevata cristallinità, basso costo, ecc. Presenta inoltre le caratteristiche di un potenziale di carica e scarica basso e piatto, lunga durata del ciclo e protezione ambientale ecologica. È gradualmente diventata un prodotto sostitutivo dei materiali per elettrodi negativi utilizzati nella produzione di batterie agli ioni di litio. Comprendere i fattori chiave che influenzano la morfologia delle particelle durante preparazione di grafite sferica è essenziale per ottimizzare il processo di preparazione e ottenere grafite sferica di alta qualità.
Perché utilizzare la grafite sferica
La grafite naturale ha una buona conduttività, un'elevata cristallinità e una buona struttura a strati. È attualmente il materiale per elettrodi negativi più utilizzato nelle batterie agli ioni di litio. Gli elettrodi negativi in grafite utilizzano generalmente grafite naturale a scaglie, ma presenta i seguenti svantaggi:
- La polvere di grafite lamellare ha un'ampia superficie specifica, che influisce notevolmente sull'efficienza iniziale di carica e scarica dell'elettrodo negativo.
- La struttura a strati della grafite consente a Li⁺ di entrare solo dal bordo e di diffondersi verso l'interno.
A causa dell'anisotropia della grafite lamellare, la diffusione di Li⁺ è lunga e irregolare, con conseguente riduzione della capacità. - La ridotta spaziatura tra gli strati di grafite aumenta la resistenza alla diffusione del litio e si traduce in scarse prestazioni di carica. Durante la carica rapida, il litio tende a depositarsi sulla superficie, formando dendriti e creando rischi per la sicurezza.
Per risolvere questi problemi, la grafite deve essere modificata per ottimizzare le prestazioni dell'anodo. Un metodo chiave è la sferizzazione. La grafite naturale sferica ha una minore area superficiale e una maggiore densità di sfasamento. Ciò si traduce in una maggiore efficienza coulombiana iniziale, una maggiore capacità reversibile e una migliore stabilità del ciclo.
Come ottenere la grafite sferica
La grafite sferica viene in genere prodotta da grafite lamellare naturale di alta qualità e ad alto tenore di carbonio. Tecniche di lavorazione avanzate ne modificano la superficie per creare una grafite ellittica, sferica, con finezza variabile.
La grafite sferica viene prodotta macinando meccanicamente la grafite naturale in lamelle in particelle di granulometria adeguata utilizzando un mulino a nido d'ape. Successivamente, il flusso d'aria proveniente dal mulino arrotonda i bordi per formare forme ellittiche o quasi sferiche. Un classificatore separa le particelle sferiche dalle polveri fini che si staccano durante l'arrotondamento, ottenendo una grafite sferica a distribuzione normale.
Oltre alla grafite naturale in scaglie, i ricercatori hanno sviluppato grafite sferica artificiale. Ad esempio, gli scarti di taglio degli elettrodi di grafite, dopo una lavorazione pulita, vengono utilizzati come materia prima. Un nuovo processo pressurizzato in fase umida rivestimentoIl metodo di granulazione, combinato con la carbonizzazione in forno a camera, consente una produzione a basso costo, di alta qualità ed ecologica. Questo processo produce anodi sferici artificiali in grafite con una struttura a nucleo-guscio.
Conclusione
In sintesi, la preparazione di grafite sferica con la morfologia desiderata delle particelle è un processo complesso, influenzato da molteplici fattori. Le caratteristiche della grafite, tra cui la sua struttura cristallina e la sua purezza, costituiscono le basi per la forma finale delle particelle. I parametri del processo di preparazione, come il metodo di macinazione, il tempo e l'intensità, la temperatura del trattamento termico, la velocità di riscaldamento, il tempo di mantenimento e chimico Il trattamento con agenti ossidanti e tensioattivi interagiscono tra loro per determinare la morfologia delle particelle sferiche di grafite. Controllando attentamente questi fattori chiave, è possibile ottimizzare il processo di preparazione e produrre grafite sferica di alta qualità con la morfologia desiderata per diverse applicazioni, in particolare nel campo in rapida evoluzione delle batterie agli ioni di litio.
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