◆Alloy{0}}iru awọn ohun elo anode
◆Iyipada{0}}iru awọn ohun elo anode
Ni awọn gbigba agbara ilana tilithium{0}} batiri ionAwọn ohun elo elekiturodu odi ṣe ipa pataki ni gbigbe awọn ions litiumu ati awọn elekitironi, ati pe o ṣe pataki fun ibi ipamọ agbara ati itusilẹ. Lati irisi iye owo, awọn ohun elo wọnyi jẹ iṣiro fun 5% si 15% ti iye owo iṣelọpọ batiri ati pe wọn jẹ ọkan ninu awọn ohun elo aise pataki pataki fun iṣelọpọ batiri lithium{3}}. Gẹgẹbi ohun elo elekiturodu rere, ohun elo elekiturodu odi ko ṣe ipa pataki pupọ ni igbega ilosiwaju ti imọ-ẹrọ batiri lithium{5}}. Ni awọn ọdun aipẹ, pẹlu ibeere ti n pọ si fun imudara iṣẹ batiri {{7} ni pataki, ilepa iwuwo agbara giga, iwuwo agbara, ati iduroṣinṣin ọmọ to dara julọ ati ailewu{8} awọn oniwadi ti san ifojusi nla si ohun elo elekiturodu odi, ọkan ninu awọn paati pataki ti lithium{9}}
awọn batiri. Ohun elo elekiturodu odi pipe yẹ ki o ni awọn abuda wọnyi:
(1) Lightweight, gbigba bi Elo Li bi o ti ṣee lati je ki kan pato agbara.
(2) Agbara redox kekere fun ifibọ litiumu ion ati awọn aati isediwon, eyiti o ṣe iranlọwọ lati ṣaṣeyọri foliteji iṣelọpọ batiri ti o ga julọ.
(3) Ti o dara itanna ati ionic conductivity.
(4) Insoluble ni electrolyte epo ati ki o ko fesi pẹlu lithium iyọ. (5) Iduroṣinṣin kẹmika ti o dara julọ lẹhin gbigba agbara ati gbigba agbara, iṣẹ aabo giga ati igbesi aye yipo, ati kekere ara ẹni -oṣuwọn isunjade.
(6) Awọn ohun elo ti ko gbowolori, lọpọlọpọ, ati ore ayika.
Awọn ohun elo anode le pin si awọn ẹka akọkọ meji ti o da lori ipilẹ kemikali wọn: erogba{0}awọn ohun elo orisun ati awọn ohun elo ti kii ṣe -erogba{2}. Awọn ohun elo erogba - le jẹ pinpin siwaju si awọn ohun elo erogba ayaworan ati awọn ohun elo erogba amorphous. Awọn ohun elo ti kii ṣe -erogba - pẹlu silikoni{8}}orisun, titanium{9}}, ati oniruuru irin oxides. Lọwọlọwọ, awọn ohun elo anode ti o gbajumo lori ọja ni akọkọ pẹlu awọn oriṣi mẹta: erogba{11}}awọn ohun elo ti o da lori, lithium titanate (LiTisOi2), ati awọn ohun elo alapọpọ erogba pẹlu silikoni. Erogba- awọn ohun elo ti o da lori le jẹ pinpin siwaju si graphite (ẹya ara ati atọwọda), erogba rirọ, ati erogba lile. Lara awọn ẹka wọnyi, graphite atọwọda di ipin ọja ti o tobi julọ.
Intercalated anode ohun elo
erogba ohun elo
Ninu idagbasoke awọn batiri lithium{0} ion, isọdọtun ti lilo erogba{1} awọn ohun elo orisun lati rọpo litiumu onirin bi anode ṣe samisi ilọsiwaju pataki ninu imọ-ẹrọ yii. Titi di oni, ko si iru ohun elo anode miiran ti o le ba iye owo rẹ mu - imunadoko ati iṣẹ ṣiṣe; nitori naa, a nireti pe awọn ohun elo erogba - yoo jẹ yiyan akọkọ fun awọn ohun elo iṣowo nla{5} fun akoko pipọ. Ni ibamu si iwọn ti aworan, carbon{7}} awọn ohun elo orisun ti a lo bi anodes le jẹ tito si awọn ẹka mẹta: graphite, erogba rirọ, ati erogba lile. Awọn ohun elo erogba ti kii ṣe - gbogbo wọn ṣe afihan ifarahan lati yipada si graphite lakoko mimu iwọn otutu giga-; sibẹsibẹ, diẹ ninu awọn oludoti ni o wa siwaju sii prone si yi transformation ati ti wa ni telẹ bi asọ ti erogba; nigba ti awọn ti o ṣoro lati pari ilana naa ni a npe ni erogba lile. Ni deede, erogba rirọ le ṣee gba lati awọn ohun elo aise gẹgẹbi ọda edu tabi ipolowo epo; ni ifiwera, erogba lile ti wa ni iṣelọpọ pupọ julọ lati awọn paati bii resini phenolic tabi sucrose. Lọwọlọwọ, ọkan ninu awọn koko-ọrọ ti a ṣe iwadi julọ ni aaye ti erogba rirọ jẹ awọn microspheres carbon mesophase. Mejeeji ayaworan ati ti kii ṣe{14} awọn ohun elo erogba ni awọn anfani ati awọn alailanfani tiwọn nigba ti a lo bi awọn amọna amọja ninu awọn batiri lithium{15}}. Da lori eyi, awọn oniwadi nigbagbogbo ma lo orisirisi awọn abala kekere{17} lati ṣe atunṣe ati paarọ oju awọn ohun elo erogba wọnyi lati le mu iṣẹ wọn dara si.
Graphite, gẹgẹbi ohun elo siwa (Aworan 5-8), ni igbekalẹ inu ti o ni ilana onigun mẹrin ti awọn ọta ti a ṣeto ni ipo arabara sp2, ti o gbooro ni awọn iwọn meji. Laarin ipele kọọkan, awọn ọta erogba ṣe agbekalẹ igbekalẹ hexagonal hexagonal ti o lagbara pẹlu ijinna atomu erogba-erogba ti 0.142 nm ati agbara mnu ti 345 kJ/mol, ti n ṣafihan iduroṣinṣin to lagbara pupọju. Ni idakeji, awọn atomu erogba laarin awọn ipele oriṣiriṣi ti wa ni asopọ nipasẹ awọn ologun van der Waals alailagbara, pẹlu agbara ibaraenisepo ti 16.7 kJ/mol nikan, ti o baamu si aaye interplanar ti a ṣewọn ti 0.3354 nm. Awọn ions litiumu le faragba ifibọ iyipada ati isediwon laarin awọn fẹlẹfẹlẹ erogba mẹfa ti graphite, ṣiṣe awọn agbo-ara LiC6 lati tọju litiumu. Lakoko ilana yii, aye interlayer yipada ni pataki; fun LiC6, iye yii di 0.37 nm, nitorinaa iyọrisi agbara ti o pọju imọ-jinlẹ ti 372 mA·h/g. Siwaju si, lẹẹdi ti o tayọ conductivity dẹrọ iyara elekitironi laarin awọn ohun elo. Bibẹẹkọ, nigba lilo bi ohun elo elekiturodu odi, graphite tun ṣafihan diẹ ninu awọn ailagbara: ifibọ litiumu kekere rẹ ti pẹlẹbẹ foliteji isediwon le ja si idagba ti awọn dendrites litiumu lakoko gbigba agbara tabi gbigba agbara. Ni kete ti awọn dendrites wọnyi wọ inu oluyapa batiri, wọn le fa awọn iyika kukuru ti inu, ti o le ja si awọn ina tabi paapaa awọn bugbamu, idẹruba aabo batiri.
Aworan 5-8 Sikematiki ti eto siwa lẹẹdi
Lẹẹdi ti pin ni akọkọ si awọn ẹka meji: graphite adayeba ati graphite atọwọda. Grafite adayeba, ti a kukuru bi NG (girafiti ti ẹda), tọka si - ohun elo carbon ti o ga ti a fa jade lati inu ẹda ti o gba nipasẹ ṣiṣe irọrun. O ni awọn ẹya ara ẹrọ oriṣiriṣi meji ti ọna kika kirisita: hexagonal ati rhombic. Ohun elo yii kii ṣe lọpọlọpọ ni awọn ifiṣura, ṣugbọn tun kekere ni idiyele ati ore ayika. Bibẹẹkọ, ninu awọn ohun elo batiri lithium{5} ion, nitori aiṣoṣo ti iṣẹ ṣiṣe dada ati iwọn ọkà nla ti awọn patikulu lulú graphite adayeba, ọna kristal dada rẹ ni irọrun bajẹ lakoko idiyele{6}} awọn iyipo itusilẹ, ti o yori si agbegbe fiimu SEI ti ko ni deede ati ni ipa lori iṣẹ ṣiṣe coulombic akọkọ batiri ati iṣẹ oṣuwọn. Lati bori awọn italaya wọnyi, awọn oniwadi ti ṣe agbekalẹ ọpọlọpọ awọn imuposi lati mu ilọsiwaju awọn ohun-ini ti lẹẹdi adayeba, gẹgẹ bi spheroidization, itọju dada oxidation, fluorination, ati ibora erogba dada, ni ero lati mu awọn abuda dada ati microstructure dara si.
Lẹẹdi atọwọdọwọ le ṣejade nipasẹ iwọn iwọn otutu ti o ga julọ ti awọn ohun elo erogba ti a ṣe aworan ni irọrun. Iru ohun elo yii jẹ lilo pupọ bi ohun elo anode ninu awọn batiri lithium{2}}. Ti a fiwera si graphite adayeba, graphite atọwọda ṣe afihan awọn anfani pataki ni awọn ofin ti igbesi aye gigun, giga{4}}agbara ipamọ iwọn otutu, ati iṣẹ ṣiṣe giga{5}, ti o jẹ ki o jẹ ọkan ninu awọn ohun elo anode ti o fẹ julọ fun lithium{6} awọn batiri ion ti a lo ninu awọn ọkọ ayọkẹlẹ agbara titun ni Ilu China. Nitori agbara rẹ ti o tobi ati iye owo kekere, graphite atọwọda tun jẹ lilo pupọ ni awọn batiri agbara ati aarin-si{9}}ga- awọn ọja elekitironi onibara. Awọn iṣiro fihan pe ni ọdun 2021, graphite atọwọda ṣe iṣiro fun 84% ti gbogbo awọn gbigbe ohun elo anode.
Awọn ohun elo erogba ti kii ṣe {{0} graphite ni pataki pin si awọn ẹka meji: erogba lile ati erogba rirọ. Erogba lile tọka si iru ohun elo erogba ti o ṣoro lati yipada si eto lẹẹdi paapaa ni awọn iwọn otutu ti o ga pupọ (ju iwọn 2800 lọ). Awọn ohun elo wọnyi ni a gba nigbagbogbo nipasẹ pyrolyzing awọn polima kan. Ni pataki, awọn orisun ti o wọpọ ti erogba lile pẹlu ọpọlọpọ awọn carbon resini (gẹgẹbi awọn resini phenolic, resini oti polyfurfuryl PFA-C, ati awọn resini epoxy), erogba ti a ṣẹda nipasẹ pyrolysis ti awọn polima kan pato (bii polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene fluoride (PVDF), ati awọn ọja dudu dudu polyacrylonitrile), ati awọn ọja dudu carbon polyacrylonitrile). Lakoko ilana igbaradi, nọmba nla ti awọn abawọn lattice ni a ṣẹda ninu erogba lile, eyiti ngbanilaaye awọn ions lithium kii ṣe lati ṣepọ laarin awọn fẹlẹfẹlẹ erogba nikan ṣugbọn lati kun awọn agbegbe abawọn wọnyi, nitorinaa fifun awọn anodes ti a ṣe lati inu ohun elo yii ni agbara kan pato (laarin 350 ati 500 mA·b/g), eyiti o jẹ anfani pupọ fun imudara agbara gbogbogbo ti lithium batteries{9}} Sibẹsibẹ, awọn abawọn lattice ti a mẹnuba tun yori si iṣẹ ṣiṣe coulombic akọkọ kekere ati iduroṣinṣin ọmọ ti ko dara nigbati a lo erogba lile bi ohun elo anode. Titi di oni, nitori awọn iṣoro wọnyi, erogba lile ko tii lo pupọju ninu awọn batiri lithium ti a ṣe ni iṣowo{12}, ati pe awọn idiwọ kan tun wa ṣaaju lilo rẹ ni iwọn nla.
Erogba rirọ n tọka si awọn ohun elo erogba amorphous ti o ni imurasilẹ ni imurasilẹ labẹ awọn ipo iwọn otutu giga{0} (ju iwọn 2800 lọ). Awọn ohun elo wọnyi pẹlu ipolowo, coke abẹrẹ, epo epo, ati awọn okun erogba. Nitori awọn kekere ipele ti graphitization ni asọ ti erogba, awọn oniwe-be ni afonifoji abawọn, gbigba o lati reversibly gba diẹ litiumu ions; ni igbakanna, aaye interlayer ti o tobi julọ n ṣe igbega ilaluja elekitiroti. Nitorinaa, da lori awọn abuda wọnyi, awọn ohun elo erogba rirọ ṣe afihan agbara giga lakoko itusilẹ akọkọ. Bibẹẹkọ, ni deede nitori aisedeede igbekalẹ rẹ, agbara aibikita rẹ tun ga julọ. Siwaju si, aiṣedeede eto inu inu ti erogba rirọ yoo yori si oniruuru awọn pinpin agbara ti awọn aaye lithium{7} ion ti nṣiṣe lọwọ, ti o yọrisi aini ti telẹ foliteji titumọ lakoko idiyele ati itusilẹ, eyiti o fi opin si awọn ohun elo ti o wulo.
Titanium oloro
Titanium dioxide (TiO2) ṣe afihan agbara nla bi ohun elo elekiturodu odi fun litiumu{1}} awọn batiri ion, kii ṣe nitori iṣeeṣe rẹ fun iṣelọpọ iwọn nla ati idiyele kekere, ṣugbọn nitori pe o ṣe afihan aabo ati iduroṣinṣin to dara julọ ni foliteji iṣẹ ti 1.5V (i ibatan si Li/Li). Ni afikun, TiO2 ni onka awọn ohun-ini iyalẹnu: iṣẹ ṣiṣe elekitirokemika giga, agbara oxidizing ti o lagbara, iduroṣinṣin kemikali ti o dara, awọn orisun adayeba lọpọlọpọ, ati awọn ẹya oriṣiriṣi gara.
Awọn anfani wọnyi lapapọ jẹ ki TiO2 jẹ ọkan ninu awọn yiyan ohun elo elekiturodu odi to dara julọ fun awọn batiri lithium{1} (paapaa ni aaye ti awọn ọkọ ina mọnamọna arabara).
Ni imọ-jinlẹ, ibi-ipo kọọkan ti TiO2 le fipamọ ion litiumu kan, ti o baamu si agbara 330 mA·h/g, eyiti o fẹrẹẹmeji ni agbara imọ-jinlẹ ti LiTiO2. Sibẹsibẹ, ni iṣe, o ti rii pe iyọrisi agbara ibi ipamọ litiumu ti o pọju imọ-jinlẹ yii jẹ ohun ti o nira pupọ. Ọpọlọpọ awọn ifosiwewe ni ipa ifibọ ion litiumu ati ṣiṣe isediwon ni titanium oloro, pẹlu ṣugbọn ko ni opin si ohun elo crystallinity, iwọn patiku, awọn abuda igbekalẹ inu, ati agbegbe dada kan pato. O tọ lati ṣe akiyesi pe TiO2 wa ni ọpọlọpọ awọn ipele kristali, eyiti o dara julọ- ti a mọ ni awọn iru rutile ati anatase ninu eto kristali tetragonal, ati iru brookite ninu eto crystal orthorhombic.