음극재는 리튬 이온 배터리의 핵심 구성 요소입니다. 리튬 이온 배터리의 속도 성능을 결정합니다. 또한 초기 충방전 효율과 사이클 안정성에도 영향을 미칩니다. 천연 흑연 음극재는 천연 편상 흑연으로 만들어집니다. 공정은 다음과 같습니다. 눌러 터뜨리는, 구형화, 분류, 정화 및 표면 개질에 사용됩니다. 이 재료들은 저렴하고 풍부하며 안전하며 무독성입니다. 또한 우수한 전기 전도성을 제공합니다. 그중 구형 흑연은 우수한 전도성, 높은 결정성, 저렴한 가격 등의 장점을 가지고 있습니다. 또한 낮고 균일한 충방전 전위, 긴 사이클 수명, 그리고 친환경적인 특성을 가지고 있습니다. 리튬 이온 배터리 생산에 사용되는 음극재를 대체하는 제품으로 점차 자리 잡고 있습니다. 입자 형태에 영향을 미치는 주요 요인들을 이해합니다. 구형 흑연 제조 제조 공정을 최적화하고 고품질 구형 흑연을 얻는 데 필수적입니다.
구형 흑연을 사용하는 이유
천연 흑연은 우수한 전도성, 높은 결정성, 그리고 우수한 층상 구조를 가지고 있습니다. 현재 리튬 이온 배터리에 가장 널리 사용되는 음극재입니다. 흑연 음극재는 일반적으로 천연 편상 흑연을 사용하지만, 다음과 같은 단점이 있습니다.
- 플레이크 흑연 분말은 비표면적이 넓어 음극의 초기 충전 및 방전 효율에 큰 영향을 미칩니다.
- 흑연의 층상 구조는 Li⁺가 가장자리에서만 들어가고 안쪽으로 확산되도록 합니다.
플레이크 흑연의 이방성으로 인해 Li⁺ 확산이 길고 고르지 않아 용량이 낮아집니다. - 흑연의 작은 층간 간격은 리튬이온(Li⁺) 확산 저항을 증가시켜 충전 속도 저하를 초래합니다. 급속 충전 시 리튬이온(Li⁺)은 표면에 침전되어 덴드라이트를 형성하고 안전 문제를 야기하는 경향이 있습니다.
이러한 문제를 해결하려면 음극 성능을 최적화하기 위해 흑연을 개질해야 합니다. 핵심적인 방법 중 하나는 구형화입니다. 구형 천연 흑연은 표면적이 더 작고 탭 밀도가 더 높습니다. 이는 초기 쿨롱 효율, 가역 용량, 그리고 사이클 안정성을 향상시킵니다.
구형 흑연을 얻는 방법
구형 흑연은 일반적으로 고품질 고탄소 천연 플레이크 흑연으로 만들어집니다. 첨단 가공 기술을 통해 표면을 개질하여 다양한 미세도를 가진 타원형 구형 흑연을 만들어냅니다.
구형 흑연은 천연 편상 흑연을 허니콤 밀을 사용하여 적절한 입자 크기로 기계적으로 분쇄하여 생산합니다. 그런 다음 밀에서 나오는 공기 흐름이 가장자리를 둥글게 만들어 타원형 또는 거의 구형의 모양을 만듭니다. 분급기는 분쇄 과정에서 분리된 미세 분말에서 구형 입자를 분리하여 정규 분포된 구형 흑연을 생성합니다.
연구진은 천연 플레이크 흑연 외에도 인공 구형 흑연을 개발했습니다. 예를 들어, 흑연 전극 절단 폐기물은 청정 가공 후 원료로 사용됩니다. 새로운 습식 가압 흑연 코팅–과립화 방법과 박스로 탄화법을 병행하면 저비용, 고품질, 친환경 생산이 가능합니다. 이 공정을 통해 코어-쉘 구조의 인공 구형 흑연 음극이 생성됩니다.
결론
요약하자면, 바람직한 입자 형태를 가진 구형 흑연을 제조하는 것은 여러 요인의 영향을 받는 복잡한 공정입니다. 결정 구조와 순도를 포함한 흑연 원료의 특성은 최종 입자 형상의 기초를 형성합니다. 분쇄 방법, 시간, 강도, 열처리 온도, 가열 속도, 유지 시간 등의 제조 공정 변수는 다음과 같습니다. 화학적인 산화제와 계면활성제를 이용한 처리는 모두 상호작용하여 구형 흑연 입자의 형태를 결정합니다. 이러한 핵심 요소를 신중하게 제어함으로써 제조 공정을 최적화하고 다양한 응용 분야, 특히 빠르게 발전하는 리튬 이온 배터리 분야에 적합한 원하는 입자 형태를 가진 고품질 구형 흑연을 생산할 수 있습니다.
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