Jako jeden z czterech głównych materiałów akumulatorów litowo-jonowych, materiał elektrody ujemnej, jego pojemność właściwa i napięcie robocze bezpośrednio określają gęstość energii i napięcie robocze akumulatora. Chociaż materiały krzemowe stopniowo ulegają uprzemysłowieniu, obecnymi głównymi materiałami elektrod ujemnych są nadal grafit. Materiał elektrody ujemnej ma niższy potencjał interkalacyjny litu podczas procesu reakcji, a interkalowany związek interkalacyjny litu generowany w tym samym czasie zastępuje elektrodę ujemną metalowo-litową, unikając w ten sposób osadzania się dendrytów litowo-metalowych, dzięki czemu bezpieczeństwo jest znacznie lepsze. Jako ostatni temat czterech głównych materiałów baterii litowych, będziemy mieli systematyczne i intuicyjne zrozumienie materiałów grafitowych poprzez podstawową wiedzę,

Materiały grafitowe dzielą się głównie na grafit sztuczny i grafit naturalny. Sztuczny grafit można podzielić na MCMB (mikrosfery mezowęglowe), węgiel miękki i węgiel twardy według różnych technik przetwarzania. Idealny grafit ma strukturę warstwową. Podobnie do pierścienia benzenowego, warstwy są połączone dużymi wiązaniami π; ma heksagonalny system kryształów typu 2H i romboedryczny system kryształów typu 3R.

W przypadku idealnego grafitu jego teoretyczna pojemność wynosi 372 mAh/g, ale w rzeczywistym procesie projektowania baterii elektroda ujemna jest zwykle nadmierna o 5%-10%. Jednocześnie podczas pierwszego ładowania tworzy się folia SEI, która chroni powierzchnię elektrody ujemnej i zapobiega elektrolizie. Dalsza reakcja między cieczą a elektrodą ujemną oraz jakość tej folii bezpośrednio wpłyną na wydajność akumulatora.

W miarę jak interkalacja jonów litu w grafitowej elektrodzie ujemnej staje się coraz głębsza (etap 4-etap-1) kolor powierzchni elektrody ujemnej stopniowo się zmienia, od czarnego do niebiesko-czarnego do ciemnożółtego i ostatecznie do złocistożółtego, i grafitowa elektroda ujemna uzupełnia również transformację C -----LiC12 ---- LiC6, kończąc w ten sposób proces ładowania.

Różnica w morfologii między naturalnym grafitem a sztucznym tuszem polega na tym, że naturalny grafit ma różne rozmiary cząstek i szeroki rozkład rozmiarów cząstek. Nieobrobiony grafit naturalny nie może być stosowany bezpośrednio jako materiał elektrody ujemnej. Musi zostać przetworzony po serii procesów. Jednak sztuczny grafit jest bardziej spójny pod względem morfologii i rozkładu wielkości cząstek; powszechnie uważa się, że grafit naturalny ma dużą pojemność, dużą gęstość zagęszczenia i stosunkowo niską cenę, ale ze względu na różne rozmiary cząstek występuje wiele wad powierzchniowych, które nie są kompatybilne z elektrolitami. Kompatybilność grafitu jest stosunkowo słaba i istnieje wiele reakcji ubocznych; podczas gdy sztuczny grafit ma bardziej zrównoważone właściwości, dobrą wydajność cyklu, lepszą kompatybilność z elektrolitem i wyższą cenę.

W przypadku materiałów elektrod ujemnych często słyszymy pojęcie stopnia orientacji, czyli tak zwanej wartości OI. Jego rozmiar będzie bezpośrednio wpływać na infiltrację elektrolitu elektrody ujemnej, impedancję powierzchni i wysoką wydajność ładowania i rozładowania. Ekspansja podczas jazdy na rowerze.
Stopień orientacji=I(004)/I(110), który można obliczyć z danych XRD.

Wraz ze spadkiem stopnia orientacji stopniowo poprawia się zdolność szybkiego ładowania, osiągając stabilną wartość.

Ponadto morfologia grafitowej elektrody ujemnej ma również duży wpływ na wydajność baterii. Kontakt między kulistymi cząstkami grafitu oczywiście nie jest tak dobry jak w przypadku nieregularnych cząstek grafitu, więc impedancja będzie również większa, co jest ważne przy projektowaniu materiału. W jednym kierunku dopasowanie wielkości cząstek i zapewnienie kontaktu powierzchniowego między cząstkami zwiększa powierzchnię styku i zmniejsza rezystancję styku, osiągając w ten sposób cel zmniejszenia polaryzacji.

Stan powłoki samego materiału również wpływa na działanie elektrody ujemnej. Ogólnie rzecz biorąc, niektóre materiały z węgla amorficznego są powlekane w celu poprawy impedancji międzyfazowej elektrody ujemnej i poprawy wydajności w niskich temperaturach i cyklu.

Wraz ze wzrostem gęstości energii akumulatora stopień wykorzystania pojemności grafitowej elektrody ujemnej stopniowo zbliża się do wartości teoretycznej, a zagęszczenie będzie coraz wyższe, co wymaga odpowiedniej poprawy stabilności grafitowej elektrody ujemnej. Zanieczyszczenia i powłoki są nadal główną metodą oczyszczania. Po modyfikacji struktura i stan powierzchni anody grafitowej mogą być chronione podczas cyklu, co zwiększa stabilność cyklu. Ponadto wprowadzenie elementów metalowych i niemetalowych może również znacznie poprawić działanie elektrody ujemnej.

Tym razem przedstawiam głównie podstawową wiedzę na temat elektrody ujemnej. W następnym artykule przedstawimy głównie wykrywanie parametrów związanych z elektrodą ujemną, więc bądź na bieżąco. "