Pengenalan dan sintesis bahan anoda baterai lithium ion
Bahan anoda yang sedang dieksplorasi adalah nitrida, PAS, oksida berbasis timah, oksida timah, dll. Sifat-sifat berikut ini diperlukan sebagai bahan anoda baterai lithium ion.
Daftar Isi
Saat ini, anoda baterai lithium ion Material anoda umumnya adalah material karbon, seperti grafit, karbon lunak (misalnya kokas, dll.), dan karbon keras. Bahan anoda yang sedang dieksplorasi adalah nitrida, PAS, oksida berbasis timah, oksida timah, paduan timah, dan bahan nanoanoda. Sifat-sifat berikut ini diperlukan sebagai bahan anoda baterai lithium ion.
(1) Potensi redoks penyisipan ion litium dalam matriks negatif serendah mungkin, mendekati logam litium, sehingga menghasilkan tegangan output sel yang tinggi.
(2) Sejumlah besar lithium dalam matriks dapat mengalami penyisipan dan deinsersi yang dapat dibalik untuk mendapatkan kepadatan kapasitas yang tinggi, yaitu nilai x yang dapat dibalik sebesar mungkin.
(3) Penyisipan dan pelepasan lithium harus dapat dibalik dan tanpa atau dengan sedikit perubahan pada struktur tubuh selama proses penyisipan/pelepasan sehingga dapat dilakukan semaksimal mungkin.
(4) Variasi potensial redoks dengan x harus sesedikit mungkin, sehingga tegangan sel tidak berubah secara signifikan dan pengisian serta pengosongan yang lebih mulus dapat dipertahankan.
(5) Senyawa sisipan harus memiliki konduktivitas dan konduktivitas ionik yang baik sehingga polarisasi dapat dikurangi dan pengisian serta pengosongan arus tinggi dapat dilakukan.
(6) Bahan utama memiliki struktur permukaan yang baik dan dapat membentuk film SEI yang baik dengan elektrolit cair.
(7) Senyawa yang dimasukkan memiliki stabilitas kimiawi yang baik di seluruh rentang voltase dan tidak bereaksi dengan elektrolit, dll. setelah pembentukan film SEI.
(8) Ion litium memiliki koefisien difusi yang besar pada bahan utama, yang memfasilitasi pengisian dan pemakaian yang cepat.
(9) Dari sudut pandang praktis, bahan anoda baterai lithium ion utama harus murah dan tidak mencemari lingkungan.
Bahan anoda baterai lithium ion karbon
Baterai lithium-ion anoda karbon menunjukkan kinerja yang lebih baik dalam hal keamanan dan masa pakai, dan bahan anoda baterai lithium ion karbon tidak mahal dan tidak beracun, sehingga bahan anoda karbon banyak digunakan dalam baterai lithium-ion komersial. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pekerjaan penelitian berkelanjutan pada bahan karbon, telah ditemukan bahwa dengan modifikasi permukaan dan penyesuaian struktural grafit dan berbagai bahan karbon.
Atau membuat grafit sebagian tidak teratur, atau dalam berbagai bahan karbon untuk membentuk pori-pori skala nano, lubang dan saluran dan struktur lainnya, penyematan-penyematan lithium yang tidak hanya dapat dilakukan sesuai dengan stoikiometri LiC6, tetapi juga dapat memiliki penyematan-penyematan non-stoikiometri, kapasitas spesifiknya sangat meningkat, dari nilai teoritis LiC6 372mAh / g hingga 700mAh / g ~ 1000mAh / g, sehingga energi spesifik baterai lithium-ion sangat meningkat.
Saat ini, bahan anoda baterai lithium ion yang telah diteliti dan dikembangkan terutama meliputi: grafit, kokas minyak bumi, serat karbon, karbon pirolisis, mikrosfer karbon berbasis pitch fase menengah (MCMB), karbon hitam, karbon kaca, dan lain-lain, di antaranya grafit dan kokas minyak bumi merupakan aplikasi yang paling berharga.
Karakteristik penyisipan lithium dari bahan anoda baterai lithium ion karbon berbasis grafit adalah:
(1) Potensi penyisipan lithium yang rendah dan datar dapat memberikan tegangan operasi yang tinggi dan lancar untuk baterai Li-ion. Sebagian besar kapasitas penyisipan lithium didistribusikan antara 0,00 dan 0,20 V (vs. Li + / Li).
(2) Kapasitas penyisipan lithium yang tinggi, dengan kapasitas teoritis 372 mAh.g-1 untuk LiC6;
(3) Kompatibilitas yang buruk dengan pelarut organik, rentan terhadap penyisipan bersama pelarut dan mengurangi kinerja penyisipan lithium.
Sifat-sifat bahan karbon berbasis kokas minyak bumi untuk penyisipan dan penghilangan lithium adalah: (1) Tidak ada potensi dataran tinggi yang jelas muncul dalam proses penyisipan lithium awal.
(2) Komposisi senyawa interkalasi LixC6 dengan x = 0,5 atau lebih, dan kapasitas penyisipan lithium terkait dengan suhu perlakuan panas dan kondisi permukaan.
(3) Kompatibilitas yang baik dengan kinerja pelarut dan bersepeda.
Menurut tingkat grafitisasi, bahan anoda baterai lithium ion karbon umum dibagi menjadi grafit, karbon lunak, karbon keras.
Grafit
Bahan anoda baterai lithium ion grafit memiliki konduktivitas listrik yang baik, kristalinitas tinggi dengan struktur laminar yang baik, cocok untuk penyematan-de-penyematan lithium, membentuk senyawa interlayer lithium-grafit, kapasitas pengisian/pengosongan hingga 300mAh.g-1 atau lebih, efisiensi pengisian/pengosongan di atas 90%, kapasitas yang tidak dapat dipulihkan di bawah 50mAh.g-1.
Reaksi de-embedding lithium dalam grafit sekitar 0 ~ 0,25V, dengan platform pengisian/pengosongan yang baik, dapat dicocokkan dengan bahan katoda yang menyediakan sumber bahan katoda lithium seperti lithium kobaltat, lithium manganat, lithium nikelat, dll. Sesuai dengan tegangan output rata-rata baterai yang disusun, ini adalah bahan anoda yang paling banyak digunakan untuk baterai lithium ion saat ini. Grafit mencakup dua kategori yaitu grafit buatan dan grafit alami.
(1) Grafit buatan
Grafit buatan diproduksi oleh grafitisasi suhu tinggi dari karbon yang mudah digrafitisasi (seperti pitch coke) di atmosfer N2 pada suhu 1900 ~ 2800 ℃. Grafit buatan yang umum termasuk mikrosfer karbon fase menengah (MCMB) dan serat grafit.
MCMB adalah struktur bertumpuk berlapis yang sangat teratur yang dapat dibuat dari tar batubara (aspal) atau minyak residu minyak bumi. Kapasitas tertanam lithium dapat lebih dari 600 mAh.g-1 pada perlakuan karbonisasi pirolitik di bawah 700°C, tetapi kapasitas yang tidak dapat dipulihkan lebih tinggi.
Ketika perlakuan panas di atas 1000 ℃, grafitisasi MCMB meningkat dan kapasitas reversibel meningkat. Biasanya suhu grafitisasi dikontrol di atas 2800 ° C, kapasitas reversibel dapat mencapai 300mAh.g-1 dan kapasitas yang tidak dapat diubah kurang dari 10%.
Serat grafit yang diendapkan uap adalah struktur berongga berbentuk tabung dengan kapasitas spesifik pelepasan lebih dari 320mAh.g-1 dan efisiensi pengisian / pengosongan pertama 93%, yang dapat dilepaskan dengan arus tinggi dan masa pakai yang lama, tetapi proses persiapannya rumit dan biayanya tinggi.
(2) Grafit alami
Grafit alami adalah bahan anoda baterai lithium ion yang lebih baik dengan kapasitas teoritis 372Amh / g, membentuk struktur LiC6 dengan kapasitas reversibel yang tinggi, efisiensi pengisian dan pengosongan, serta tegangan operasi. Bahan grafit memiliki platform pengisian dan pemakaian yang jelas, dan platform pemakaian sangat rendah untuk tegangan litium, dan tegangan output baterai tinggi.
Ada dua jenis grafit alami, grafit amorf dan grafit serpihan fosfor. Grafit amorf memiliki kemurnian yang rendah. Kapasitas spesifik yang dapat dibalik hanya 260mAh.g-1, sedangkan kapasitas spesifik yang tidak dapat dibalik di atas 100mAh.g-1. Kapasitas spesifik grafit serpihan fosfor yang dapat dibalik hanya 300 ~ 350mAh.g-1, dan kapasitas spesifik yang tidak dapat dibalik kurang dari 50mAh.g-1 atau lebih.
Grafit alami adalah bahan anoda baterai lithium ion yang sangat ideal karena kapasitasnya yang tinggi karena strukturnya yang lengkap dan banyak posisi lithium yang tertanam. Kelemahan utamanya adalah sensitivitasnya terhadap elektrolit dan kinerja yang buruk dalam pengisian dan pengosongan arus tinggi.
Selama proses pelepasan, film Solid Electrolyte Interface (SEI) akan terbentuk pada permukaan katoda karena reaksi kimia elektrolit atau pelarut organik, dan ekspansi volume dan kontraksi lapisan serpihan grafit yang disebabkan oleh penyisipan dan penghilangan ion litium akan dengan mudah menyebabkan penghancuran grafit. Kapasitas grafit alami yang tidak dapat dipulihkan adalah tinggi dan siklus hidup perlu ditingkatkan lebih lanjut.
(3) Grafit yang dimodifikasi
Dengan modifikasi grafit, seperti mengoksidasi dan melapisi karbon pirolisis polimer pada permukaan grafit untuk membentuk grafit komposit dengan struktur inti-cangkang, performa pengisian dan pemakaian serta performa siklus grafit dapat ditingkatkan.
Dengan mengoksidasi permukaan grafit, kapasitas ireversibel baterai Li/LiC6 dapat dikurangi dan masa pakai baterai dapat ditingkatkan, dan kapasitas yang dapat dibalik dapat mencapai 446 mAh.g-1 (Li1.2C6). Untuk agen pengoksidasi bahan grafit, HNO3, O3, H2O2, NO+, NO2+ dapat dipilih. Fluorinasi grafit dapat dilakukan pada suhu tinggi dengan reaksi langsung uap fluorin dengan grafit untuk mendapatkan (CF)n dan (C2F)n, atau pada suhu 100°C dengan adanya asam Lewis (misalnya HF) untuk mendapatkan CxFn. Kapasitas bahan anoda baterai lithium ion karbon akan meningkat setelah oksidasi atau fluorinasi.
(4) Serat karbon bergrafit
Serat karbon yang ditumbuhkan dengan fase uap VGCF adalah bahan anoda baterai lithium ion yang dibuat dari hidrokarbon. VGCF yang diolah pada suhu 2800 ℃ memiliki kapasitas tinggi dan struktur yang stabil.
Serat karbon aspal fase menengah (MCF). MCF yang diolah 3000 ℃ memiliki struktur kristal radial dengan organisasi laminar di tengahnya, yang merupakan struktur grafit lapisan tidak teratur seperti tar batuan, dan memiliki kapasitas spesifik dan efisiensi coulomb yang tinggi.
Serat karbon memiliki struktur yang berbeda dan kinerja tertanam lithium yang berbeda, di antaranya serat karbon dengan struktur meridional memiliki kinerja pengisian/pengosongan terbaik, dan serat karbon dengan struktur konsentris rentan terhadap penyematan bersama dengan molekul pelarut. Oleh karena itu, kinerja serat karbon berbasis pitch graphitized lebih baik daripada grafit berskala alami.
Volume grafit hanya bertambah sekitar 10% ketika mencapai batas penyematan lithium maksimum (LiC6). Oleh karena itu, grafit dapat menjaga ukuran elektroda tetap stabil selama penyematan-penghapusan lithium berulang kali, yang memberikan performa siklus yang baik pada elektroda karbon.
Grafit juga memiliki beberapa kekurangan, seperti selektivitas yang kuat terhadap elektrolit, kinerja elektroda yang baik hanya pada elektrolit tertentu; ketahanan yang buruk terhadap pengisian daya yang berlebihan dan pengisian daya yang berlebihan, koefisien difusi Li+ yang kecil dalam grafit, yang tidak kondusif untuk pengisian daya dan pemakaian yang cepat, dll.
Oleh karena itu, perlu untuk memodifikasi grafit, dan mikrosfer karbon fase menengah (MCMB), karbon amorf (karbon termal bahan organik) dan grafit yang dienkapsulasi telah disintesis, dan kinerja pengisian dan pemakaiannya telah ditingkatkan secara signifikan dibandingkan dengan grafit.
Karbon lunak
Karbon lunak, yaitu karbon yang mudah digrafitisasi, adalah karbon amorf yang dapat digrafitisasi pada suhu tinggi di atas 2500°C. Karbon lunak memiliki kristalinitas rendah (yaitu grafitisasi), ukuran butiran kecil, jarak permukaan kristal yang besar, kompatibilitas yang baik dengan elektrolit, tetapi kapasitas ireversibel yang lebih tinggi untuk pengisian/pengosongan pertama, tegangan output yang lebih rendah, dan tidak ada potensi dataran tinggi pengisian/pengosongan yang jelas. Karbon lunak yang umum termasuk kokas minyak bumi, kokas jarum, serat karbon, mikrosfer karbon, dll.
Karbon keras
Anoda karbon keras mengacu pada karbon grafitisasi yang sulit, adalah karbon pirolisis polimer. Jenis karbon ini sulit untuk digrafitisasi bahkan pada suhu tinggi di atas 2500 ℃, karbon keras yang umum adalah karbon resin (resin fenolik, resin epoksi, polifurfuril alkohol PFA-C, dll.), Karbon pirolisis polimer organik (PVA, PVC, PVDF, PAN, dll.), Karbon hitam (asetilena hitam).
Karbon keras memiliki kapasitas litium yang sangat besar (500 ~ 1000mAh.g-1), tetapi juga memiliki kelemahan yang jelas, seperti efisiensi pengisian dan pengosongan pertama yang rendah, tidak ada platform pengisian dan pengosongan yang jelas, serta potensi histeresis yang besar yang disebabkan oleh adanya atom pengotor H.
Bahan anoda baterai lithium ion non-karbon
Nitrida
Nitrida logam transisi litium memiliki konduktivitas ionik, konduktivitas elektronik, dan stabilitas kimia yang sangat baik, digunakan sebagai bahan anoda baterai ion litium, dan tegangan pengosongannya biasanya di atas 1,0V. Kapasitas spesifik pengosongan, kinerja siklus, dan kehalusan kurva pengisian dan pengosongan elektroda sangat bervariasi, tergantung pada jenis bahan.
Misalnya, ketika Li3FeN2 digunakan sebagai katoda LIB, kapasitas pengosongan adalah 150mAh / g dan potensi pengosongan sekitar 1,3V (vs Li / Li +), kurva pengisian dan pengosongan sangat datar dan tidak ada histeresis pengosongan, tetapi kapasitasnya memiliki peluruhan yang jelas. Tetapi kurva pengisian dan pengosongan tidak terlalu mulus, dengan potensi histeresis dan peluruhan kapasitas yang jelas. Saat ini, bahan-bahan ini perlu dipelajari secara mendalam untuk mencapai aplikasi praktis.
Sistem nitrida adalah senyawa anti-fluorit (CaF2) atau struktur Li3N, yang memiliki konduktivitas ionik yang baik dan potensi elektroda yang dekat dengan logam lithium, dan dapat digunakan sebagai elektroda negatif elektroda ion lithium.
Senyawa Li-M-N (M adalah logam transisi) dengan struktur anti-fluorit seperti Li7MnN4 dan Li3FeN2 dapat disintesis dengan metode keramik. Yaitu, oksida logam transisi dan litium nitrida (MxNx + Li3N) direaksikan secara langsung dalam atmosfer 1% H2 + 99% N2, dan juga dengan mereaksikan Li3N dengan serbuk logam, Li7MnN4 dan Li3FeN2 memiliki kemampuan reversibilitas yang baik dan kapasitas spesifik yang tinggi (masing-masing 210 dan 150 mAh.g-1).
Selama pengisian dan pengosongan Li7MnN4, keadaan valensi logam transisi berubah untuk menjaga netralitas listrik, bahan memiliki kapasitas spesifik yang relatif rendah, sekitar 200mAh / g, tetapi kinerja bersepeda yang baik, tegangan pengisian dan pengosongan yang rata, tidak ada kapasitas yang tidak dapat dipulihkan, terutama bila bahan ini digunakan sebagai bahan anoda baterai lithium ion, bahan anoda yang tidak dapat menyediakan sumber litium dapat digunakan agar sesuai dengan baterai.
Li3-xCoxN termasuk dalam struktur Li3N lithium transisi logam nitrida nitrida (rumus umumnya adalah Li3-xMxN, M adalah Co, Ni, Cu), bahannya memiliki kapasitas spesifik yang tinggi, dapat mencapai 900mAh / g, tidak ada kapasitas yang tidak dapat dipulihkan, tegangan pengisian dan pengosongan sekitar 0.Rata-rata 6V, juga dapat dicocokkan dengan bahan katoda yang tidak dapat menyediakan sumber litium untuk membentuk baterai, saat ini bahan ini tertanam litium, de-litium Mekanisme penyematan dan de-litium serta kinerja pengisian / pengosongannya perlu dipelajari lebih lanjut.
Bahan anoda baterai lithium ion berbasis timah
(1) Oksida Timah
Oksida timah, termasuk oksida stannous, oksida timah dan campurannya, memiliki kapasitas elektrolit yang dapat dibalik, yang lebih tinggi daripada bahan grafit, hingga 500 mAh / g atau lebih, tetapi kapasitas ireversibel pertama juga lebih besar. SnO / SnO2 memiliki keunggulan kapasitas spesifik yang tinggi dan potensi pelepasan yang relatif rendah (sekitar 0,4-0,6 V vs Li / Li +) ketika digunakan sebagai anoda, tetapi kehilangan kapasitas ireversibel pertamanya besar, kapasitas meluruh dengan cepat dan kurva tidak terlalu mulus.
Namun, kehilangan kapasitas ireversibel pertamanya besar, peluruhan kapasitas lebih cepat, dan kurva potensial pelepasan kurang mulus. snO / SnO2 memiliki sifat elektrokimia yang sangat berbeda tergantung pada metode preparasi. Sebagai contoh, kapasitas reversibel SnO2 yang dibuat dengan metode deposisi uap kimia bertekanan rendah lebih dari 500 mAh / g, dan umur siklus lebih diinginkan, dan tidak ada pembusukan setelah 100 siklus.
Sementara SnO dan kinerja siklus SnO2 yang dibuat dengan metode sol-gel dengan pemanasan sederhana tidak ideal. Pengenalan beberapa oksida non-logam dan logam seperti B, Al, Ge, Ti, Mn, Fe, dll. Dalam SnO (SnO2) dan perlakuan panas dapat menghasilkan oksida komposit amorf yang disebut oksida komposit berbasis timah amorf (disingkat ATCO), yang kapasitas reversibelnya dapat mencapai lebih dari 600 mAh / g dan kapasitas spesifik volumenya lebih besar dari 2200 mAh / cm3.
Yang merupakan bahan karbon saat ini Elektroda negatif (500 ~ 1200mAh / cm3) lebih dari dua kali lipat dari bahan karbon saat ini, menunjukkan aplikasi yang menjanjikan. Masalah saat ini dari bahan ini adalah kapasitas ireversibel yang tinggi untuk pertama kalinya, dan kinerja siklus pengisian / pengosongan juga perlu ditingkatkan lebih lanjut.
(2) Oksida komposit timah
Oksida komposit berbasis timah untuk anoda baterai lithium-ion dibuat dengan mencampurkan SnO, B2O3, P2O5 dalam rasio stoikiometri tertentu, disintering dengan oksigen pada suhu 1000 °C, dan mengembun dengan cepat untuk membentuk senyawa amorf yang komposisinya dapat diekspresikan sebagai SnBxPyOz (x = 0,4 ~ 0,6, y = 0,6 ~ 0,4, z = (2 + 3x -5y) / 2), di mana timahnya adalah Sn2 +. Dibandingkan dengan oksida timah (SnO/SnO2), siklus hidup komposit oksida berbasis timah telah sangat ditingkatkan, tetapi masih sulit untuk memenuhi standar industri. (3) Paduan timah
Logam tertentu seperti Sn, Si, dan Al membentuk paduan lithium-logam dengan kandungan lithium yang tinggi ketika tertanam dalam lithium. Contohnya, kapasitas teoretis Sn adalah 990 mAh/cm3, yang mendekati 10 kali lipat kapasitas spesifik volumetrik teoretis grafit. Untuk mengurangi kapasitas elektroda yang tidak dapat diubah dan menjaga stabilitas struktur elektroda negatif, paduan timah dapat digunakan sebagai elektroda negatif elektroda ion litium, yang terdiri dari 25% Sn2Fe + 75% SnFe3C.
Sn2Fe adalah partikel aktif, yang dapat membentuk paduan dengan logam litium, dan SnFe3C adalah partikel tidak aktif, yang dapat mempertahankan kerangka dasar elektroda selama siklus elektroda. Kapasitas spesifik volumetrik paduan timah ini dua kali lipat dari bahan grafit. Elektroda yang terdiri dari 25% Sn2Fe + 75% SnFe3C dapat memperoleh kapasitas reversibel 1600 mAh.g-1 dan menunjukkan kinerja siklus yang baik.
Masalah utama dari bahan anoda paduan adalah efisiensi pertama kali yang rendah dan masalah stabilitas siklus, dan kerusakan struktur elektroda yang disebabkan oleh efek volume bahan anoda selama pengisian dan pengosongan berulang kali harus diselesaikan. Kinerja siklus anoda bahan logam murni sangat buruk dan keamanannya tidak baik. Penggunaan anoda paduan yang diracik dengan bahan fleksibel lainnya diharapkan dapat mengatasi masalah ini.
Oksida komposit litium-titanium
Oksida komposit lithium titanium yang digunakan sebagai anoda baterai lithium ion terutama adalah Li4Ti5O12, dan metode persiapannya terutama: metode sintesis fase padat suhu tinggi, metode sol-gel, dll.
(1) Metode sintesis fase padat suhu tinggi
Campur dan giling TiO2, LiCO3 dalam jumlah tertentu, kemudian dinginkan ke suhu kamar pada 1000 ℃ selama 26 jam di bawah atmosfer udara untuk mendapatkan Li4Ti5O12. Campur dan giling TiO2, LiOH.H2O, kemudian dinginkan ke suhu kamar pada 700 ℃ selama 24 jam di bawah atmosfer udara untuk mendapatkan produk target.
Tabung nano karbon
Carbon nanotube adalah jenis material kristal karbon baru yang ditemukan dalam beberapa tahun terakhir, yang merupakan tabung berongga dengan diameter beberapa nanometer hingga puluhan nanometer dan panjang puluhan nanometer hingga puluhan mikrometer, dengan sifat-sifat sebagai berikut.
Sifat-sifat kelistrikan tabung nano karbon
Luas permukaan spesifik/m2
Kapasitas pengisian daya pertama (mAh.g-1)
Kapasitas pengosongan pertama (mAh.g-1)
Kapasitas yang tidak dapat dipulihkan (mAh.g-1)
Kapasitas yang tidak dapat dipulihkan (mAh.g-1)
170.4
1049
223.1
825.9
21.2
Tabung nano dibuat dengan metode busur DC dan metode pirolisis katalitik.
Metode termal katalitik dilakukan dengan pirolisis campuran 20% H2 + 80% CH4 pada partikel katalis Ni + Al2O3 pada suhu 500°C. Sampel yang telah dipirolisis digerus dan direndam dalam asam nitrat panas (80°C) selama 48 jam untuk menghilangkan katalis dari tabung karbon, dicuci dan disaring berulang kali dengan air hingga pH = 6 dari larutan pencuci, dan sampel yang telah disaring dikeringkan pada suhu 160°C.
Metode busur DC adalah untuk mengalahkan busur dalam tungku busur tertutup di bawah perlindungan argon menggunakan batang grafit dengan kemurnian tinggi sebagai elektroda, dan produk yang dihasilkan adalah tabung nano karbon yang mengandung produk seri C60. Tabung nano karbon dapat dipisahkan dengan metode oksidasi kimia.
Tujuan utama dari material nanoanoda adalah untuk meningkatkan performa siklus dengan mengurangi efek ekspansi dan kontraksi volume pada struktur selama pengisian dan pengosongan dengan memanfaatkan properti nano dari material. Aplikasi praktis menunjukkan bahwa penggunaan properti nano yang efektif dapat meningkatkan kinerja siklus bahan anoda baterai lithium ion ini, namun, masih ada jalan panjang yang harus dilalui sebelum aplikasi praktis.
Alasan utamanya adalah bahwa nanopartikel secara bertahap berikatan dengan siklus, sehingga kehilangan sifat unik nanopartikel lagi, yang menyebabkan kerusakan struktural dan peluruhan kapasitas yang dapat dibalik. Selain itu, mahalnya biaya nanomaterial telah menjadi kendala utama yang membatasi aplikasinya. Kesimpulannya, di antara bahan anoda baterai lithium ion, bahan anoda karbon berbasis grafit telah menjadi jenis bahan anoda utama karena sumbernya yang luas dan harganya yang murah. Kecuali untuk mikrosfer karbon mesofasa grafit (MCMB) dan grafit buatan kelas bawah yang menempati pangsa pasar yang kecil, grafit alami yang dimodifikasi mendapatkan pangsa pasar yang semakin besar.
Bahan anoda non-karbon memiliki kerapatan energi curah yang tinggi dan semakin menarik minat para peneliti ilmiah, tetapi mereka juga menderita karena stabilitas siklus yang buruk, kapasitas besar yang tidak dapat dipulihkan, dan biaya persiapan bahan yang tinggi, dan sejauh ini gagal mencapai industrialisasi.
Tren pengembangan bahan anoda adalah untuk meningkatkan kapasitas dan stabilitas siklus sebagai tujuan, melalui berbagai metode untuk menggabungkan bahan karbon dengan berbagai bahan anoda non-karbon berkapasitas tinggi untuk meneliti dan mengembangkan bahan anoda komposit non-karbon berkapasitas tinggi yang dapat diterapkan.
Pengenalan dan sintesis bahan anoda baterai lithium ion
Bahan anoda yang sedang dieksplorasi adalah nitrida, PAS, oksida berbasis timah, oksida timah, dll. Sifat-sifat berikut ini diperlukan sebagai bahan anoda baterai lithium ion.
Bahan anoda baterai lithium ion karbon
Baterai lithium-ion anoda karbon menunjukkan kinerja yang lebih baik dalam hal keamanan dan masa pakai, dan bahan anoda baterai lithium ion karbon tidak mahal dan tidak beracun, sehingga bahan anoda karbon banyak digunakan dalam baterai lithium-ion komersial. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pekerjaan penelitian berkelanjutan pada bahan karbon, telah ditemukan bahwa dengan modifikasi permukaan dan penyesuaian struktural grafit dan berbagai bahan karbon.
Atau membuat grafit sebagian tidak teratur, atau dalam berbagai bahan karbon untuk membentuk pori-pori skala nano, lubang dan saluran dan struktur lainnya, penyematan-penyematan lithium yang tidak hanya dapat dilakukan sesuai dengan stoikiometri LiC6, tetapi juga dapat memiliki penyematan-penyematan non-stoikiometri, kapasitas spesifiknya sangat meningkat, dari nilai teoritis LiC6 372mAh / g hingga 700mAh / g ~ 1000mAh / g, sehingga energi spesifik baterai lithium-ion sangat meningkat.
Saat ini, bahan anoda baterai lithium ion yang telah diteliti dan dikembangkan terutama meliputi: grafit, kokas minyak bumi, serat karbon, karbon pirolisis, mikrosfer karbon berbasis pitch fase menengah (MCMB), karbon hitam, karbon kaca, dan lain-lain, di antaranya grafit dan kokas minyak bumi merupakan aplikasi yang paling berharga.
Karakteristik penyisipan lithium dari bahan anoda baterai lithium ion karbon berbasis grafit adalah:
(1) Potensi penyisipan lithium yang rendah dan datar dapat memberikan tegangan operasi yang tinggi dan lancar untuk baterai Li-ion. Sebagian besar kapasitas penyisipan lithium didistribusikan antara 0,00 dan 0,20 V (vs. Li + / Li).
(2) Kapasitas penyisipan lithium yang tinggi, dengan kapasitas teoritis 372 mAh.g-1 untuk LiC6;
(3) Kompatibilitas yang buruk dengan pelarut organik, rentan terhadap penyisipan bersama pelarut dan mengurangi kinerja penyisipan lithium.
Sifat-sifat bahan karbon berbasis kokas minyak bumi untuk penyisipan dan penghilangan lithium adalah:
(1) Tidak ada potensi dataran tinggi yang jelas muncul dalam proses penyisipan lithium awal.
(2) Komposisi senyawa interkalasi LixC6 dengan x = 0,5 atau lebih, dan kapasitas penyisipan lithium terkait dengan suhu perlakuan panas dan kondisi permukaan.
(3) Kompatibilitas yang baik dengan kinerja pelarut dan bersepeda.
Menurut tingkat grafitisasi, bahan anoda baterai lithium ion karbon umum dibagi menjadi grafit, karbon lunak, karbon keras.
Grafit
Bahan anoda baterai lithium ion grafit memiliki konduktivitas listrik yang baik, kristalinitas tinggi dengan struktur laminar yang baik, cocok untuk penyematan-de-penyematan lithium, membentuk senyawa interlayer lithium-grafit, kapasitas pengisian/pengosongan hingga 300mAh.g-1 atau lebih, efisiensi pengisian/pengosongan di atas 90%, kapasitas yang tidak dapat dipulihkan di bawah 50mAh.g-1.
Reaksi de-embedding lithium dalam grafit sekitar 0 ~ 0,25V, dengan platform pengisian/pengosongan yang baik, dapat dicocokkan dengan bahan katoda yang menyediakan sumber bahan katoda lithium seperti lithium kobaltat, lithium manganat, lithium nikelat, dll. Sesuai dengan tegangan output rata-rata baterai yang disusun, ini adalah bahan anoda yang paling banyak digunakan untuk baterai lithium ion saat ini. Grafit mencakup dua kategori yaitu grafit buatan dan grafit alami.
(1) Grafit buatan
Grafit buatan diproduksi oleh grafitisasi suhu tinggi dari karbon yang mudah digrafitisasi (seperti pitch coke) di atmosfer N2 pada suhu 1900 ~ 2800 ℃. Grafit buatan yang umum termasuk mikrosfer karbon fase menengah (MCMB) dan serat grafit.
MCMB adalah struktur bertumpuk berlapis yang sangat teratur yang dapat dibuat dari tar batubara (aspal) atau minyak residu minyak bumi. Kapasitas tertanam lithium dapat lebih dari 600 mAh.g-1 pada perlakuan karbonisasi pirolitik di bawah 700°C, tetapi kapasitas yang tidak dapat dipulihkan lebih tinggi.
Ketika perlakuan panas di atas 1000 ℃, grafitisasi MCMB meningkat dan kapasitas reversibel meningkat. Biasanya suhu grafitisasi dikontrol di atas 2800 ° C, kapasitas reversibel dapat mencapai 300mAh.g-1 dan kapasitas yang tidak dapat diubah kurang dari 10%.
Serat grafit yang diendapkan uap adalah struktur berongga berbentuk tabung dengan kapasitas spesifik pelepasan lebih dari 320mAh.g-1 dan efisiensi pengisian / pengosongan pertama 93%, yang dapat dilepaskan dengan arus tinggi dan masa pakai yang lama, tetapi proses persiapannya rumit dan biayanya tinggi.
(2) Grafit alami
Grafit alami adalah bahan anoda baterai lithium ion yang lebih baik dengan kapasitas teoritis 372Amh / g, membentuk struktur LiC6 dengan kapasitas reversibel yang tinggi, efisiensi pengisian dan pengosongan, serta tegangan operasi. Bahan grafit memiliki platform pengisian dan pemakaian yang jelas, dan platform pemakaian sangat rendah untuk tegangan litium, dan tegangan output baterai tinggi.
Ada dua jenis grafit alami, grafit amorf dan grafit serpihan fosfor. Grafit amorf memiliki kemurnian yang rendah. Kapasitas spesifik yang dapat dibalik hanya 260mAh.g-1, sedangkan kapasitas spesifik yang tidak dapat dibalik di atas 100mAh.g-1. Kapasitas spesifik grafit serpihan fosfor yang dapat dibalik hanya 300 ~ 350mAh.g-1, dan kapasitas spesifik yang tidak dapat dibalik kurang dari 50mAh.g-1 atau lebih.
Grafit alami adalah bahan anoda baterai lithium ion yang sangat ideal karena kapasitasnya yang tinggi karena strukturnya yang lengkap dan banyak posisi lithium yang tertanam. Kelemahan utamanya adalah sensitivitasnya terhadap elektrolit dan kinerja yang buruk dalam pengisian dan pengosongan arus tinggi.
Selama proses pelepasan, film Solid Electrolyte Interface (SEI) akan terbentuk pada permukaan katoda karena reaksi kimia elektrolit atau pelarut organik, dan ekspansi volume dan kontraksi lapisan serpihan grafit yang disebabkan oleh penyisipan dan penghilangan ion litium akan dengan mudah menyebabkan penghancuran grafit. Kapasitas grafit alami yang tidak dapat dipulihkan adalah tinggi dan siklus hidup perlu ditingkatkan lebih lanjut.
(3) Grafit yang dimodifikasi
Dengan modifikasi grafit, seperti mengoksidasi dan melapisi karbon pirolisis polimer pada permukaan grafit untuk membentuk grafit komposit dengan struktur inti-cangkang, performa pengisian dan pemakaian serta performa siklus grafit dapat ditingkatkan.
Dengan mengoksidasi permukaan grafit, kapasitas ireversibel baterai Li/LiC6 dapat dikurangi dan masa pakai baterai dapat ditingkatkan, dan kapasitas yang dapat dibalik dapat mencapai 446 mAh.g-1 (Li1.2C6). Untuk agen pengoksidasi bahan grafit, HNO3, O3, H2O2, NO+, NO2+ dapat dipilih. Fluorinasi grafit dapat dilakukan pada suhu tinggi dengan reaksi langsung uap fluorin dengan grafit untuk mendapatkan (CF)n dan (C2F)n, atau pada suhu 100°C dengan adanya asam Lewis (misalnya HF) untuk mendapatkan CxFn. Kapasitas bahan anoda baterai lithium ion karbon akan meningkat setelah oksidasi atau fluorinasi.
(4) Serat karbon bergrafit
Serat karbon yang ditumbuhkan dengan fase uap VGCF adalah bahan anoda baterai lithium ion yang dibuat dari hidrokarbon. VGCF yang diolah pada suhu 2800 ℃ memiliki kapasitas tinggi dan struktur yang stabil.
Serat karbon aspal fase menengah (MCF). MCF yang diolah 3000 ℃ memiliki struktur kristal radial dengan organisasi laminar di tengahnya, yang merupakan struktur grafit lapisan tidak teratur seperti tar batuan, dan memiliki kapasitas spesifik dan efisiensi coulomb yang tinggi.
Serat karbon memiliki struktur yang berbeda dan kinerja tertanam lithium yang berbeda, di antaranya serat karbon dengan struktur meridional memiliki kinerja pengisian/pengosongan terbaik, dan serat karbon dengan struktur konsentris rentan terhadap penyematan bersama dengan molekul pelarut. Oleh karena itu, kinerja serat karbon berbasis pitch graphitized lebih baik daripada grafit berskala alami.
Volume grafit hanya bertambah sekitar 10% ketika mencapai batas penyematan lithium maksimum (LiC6). Oleh karena itu, grafit dapat menjaga ukuran elektroda tetap stabil selama penyematan-penghapusan lithium berulang kali, yang memberikan performa siklus yang baik pada elektroda karbon.
Grafit juga memiliki beberapa kekurangan, seperti selektivitas yang kuat terhadap elektrolit, kinerja elektroda yang baik hanya pada elektrolit tertentu; ketahanan yang buruk terhadap pengisian daya yang berlebihan dan pengisian daya yang berlebihan, koefisien difusi Li+ yang kecil dalam grafit, yang tidak kondusif untuk pengisian daya dan pemakaian yang cepat, dll.
Oleh karena itu, perlu untuk memodifikasi grafit, dan mikrosfer karbon fase menengah (MCMB), karbon amorf (karbon termal bahan organik) dan grafit yang dienkapsulasi telah disintesis, dan kinerja pengisian dan pemakaiannya telah ditingkatkan secara signifikan dibandingkan dengan grafit.
Karbon lunak
Karbon lunak, yaitu karbon yang mudah digrafitisasi, adalah karbon amorf yang dapat digrafitisasi pada suhu tinggi di atas 2500°C. Karbon lunak memiliki kristalinitas rendah (yaitu grafitisasi), ukuran butiran kecil, jarak permukaan kristal yang besar, kompatibilitas yang baik dengan elektrolit, tetapi kapasitas ireversibel yang lebih tinggi untuk pengisian/pengosongan pertama, tegangan output yang lebih rendah, dan tidak ada potensi dataran tinggi pengisian/pengosongan yang jelas. Karbon lunak yang umum termasuk kokas minyak bumi, kokas jarum, serat karbon, mikrosfer karbon, dll.
Karbon keras
Anoda karbon keras mengacu pada karbon grafitisasi yang sulit, adalah karbon pirolisis polimer. Jenis karbon ini sulit untuk digrafitisasi bahkan pada suhu tinggi di atas 2500 ℃, karbon keras yang umum adalah karbon resin (resin fenolik, resin epoksi, polifurfuril alkohol PFA-C, dll.), Karbon pirolisis polimer organik (PVA, PVC, PVDF, PAN, dll.), Karbon hitam (asetilena hitam).
Karbon keras memiliki kapasitas litium yang sangat besar (500 ~ 1000mAh.g-1), tetapi juga memiliki kelemahan yang jelas, seperti efisiensi pengisian dan pengosongan pertama yang rendah, tidak ada platform pengisian dan pengosongan yang jelas, serta potensi histeresis yang besar yang disebabkan oleh adanya atom pengotor H.
Bahan anoda baterai lithium ion non-karbon
Nitrida
Nitrida logam transisi litium memiliki konduktivitas ionik, konduktivitas elektronik, dan stabilitas kimia yang sangat baik, digunakan sebagai bahan anoda baterai ion litium, dan tegangan pengosongannya biasanya di atas 1,0V. Kapasitas spesifik pengosongan, kinerja siklus, dan kehalusan kurva pengisian dan pengosongan elektroda sangat bervariasi, tergantung pada jenis bahan.
Misalnya, ketika Li3FeN2 digunakan sebagai katoda LIB, kapasitas pengosongan adalah 150mAh / g dan potensi pengosongan sekitar 1,3V (vs Li / Li +), kurva pengisian dan pengosongan sangat datar dan tidak ada histeresis pengosongan, tetapi kapasitasnya memiliki peluruhan yang jelas. Tetapi kurva pengisian dan pengosongan tidak terlalu mulus, dengan potensi histeresis dan peluruhan kapasitas yang jelas. Saat ini, bahan-bahan ini perlu dipelajari secara mendalam untuk mencapai aplikasi praktis.
Sistem nitrida adalah senyawa anti-fluorit (CaF2) atau struktur Li3N, yang memiliki konduktivitas ionik yang baik dan potensi elektroda yang dekat dengan logam lithium, dan dapat digunakan sebagai elektroda negatif elektroda ion lithium.
Senyawa Li-M-N (M adalah logam transisi) dengan struktur anti-fluorit seperti Li7MnN4 dan Li3FeN2 dapat disintesis dengan metode keramik. Yaitu, oksida logam transisi dan litium nitrida (MxNx + Li3N) direaksikan secara langsung dalam atmosfer 1% H2 + 99% N2, dan juga dengan mereaksikan Li3N dengan serbuk logam, Li7MnN4 dan Li3FeN2 memiliki kemampuan reversibilitas yang baik dan kapasitas spesifik yang tinggi (masing-masing 210 dan 150 mAh.g-1).
Selama pengisian dan pengosongan Li7MnN4, keadaan valensi logam transisi berubah untuk menjaga netralitas listrik, bahan memiliki kapasitas spesifik yang relatif rendah, sekitar 200mAh / g, tetapi kinerja bersepeda yang baik, tegangan pengisian dan pengosongan yang rata, tidak ada kapasitas yang tidak dapat dipulihkan, terutama bila bahan ini digunakan sebagai bahan anoda baterai lithium ion, bahan anoda yang tidak dapat menyediakan sumber litium dapat digunakan agar sesuai dengan baterai.
Li3-xCoxN termasuk dalam struktur Li3N lithium transisi logam nitrida nitrida (rumus umumnya adalah Li3-xMxN, M adalah Co, Ni, Cu), bahannya memiliki kapasitas spesifik yang tinggi, dapat mencapai 900mAh / g, tidak ada kapasitas yang tidak dapat dipulihkan, tegangan pengisian dan pengosongan sekitar 0.Rata-rata 6V, juga dapat dicocokkan dengan bahan katoda yang tidak dapat menyediakan sumber litium untuk membentuk baterai, saat ini bahan ini tertanam litium, de-litium Mekanisme penyematan dan de-litium serta kinerja pengisian / pengosongannya perlu dipelajari lebih lanjut.
Bahan anoda baterai lithium ion berbasis timah
(1) Oksida Timah
Oksida timah, termasuk oksida stannous, oksida timah dan campurannya, memiliki kapasitas elektrolit yang dapat dibalik, yang lebih tinggi daripada bahan grafit, hingga 500 mAh / g atau lebih, tetapi kapasitas ireversibel pertama juga lebih besar. SnO / SnO2 memiliki keunggulan kapasitas spesifik yang tinggi dan potensi pelepasan yang relatif rendah (sekitar 0,4-0,6 V vs Li / Li +) ketika digunakan sebagai anoda, tetapi kehilangan kapasitas ireversibel pertamanya besar, kapasitas meluruh dengan cepat dan kurva tidak terlalu mulus.
Namun, kehilangan kapasitas ireversibel pertamanya besar, peluruhan kapasitas lebih cepat, dan kurva potensial pelepasan kurang mulus. snO / SnO2 memiliki sifat elektrokimia yang sangat berbeda tergantung pada metode preparasi. Sebagai contoh, kapasitas reversibel SnO2 yang dibuat dengan metode deposisi uap kimia bertekanan rendah lebih dari 500 mAh / g, dan umur siklus lebih diinginkan, dan tidak ada pembusukan setelah 100 siklus.
Sementara SnO dan kinerja siklus SnO2 yang dibuat dengan metode sol-gel dengan pemanasan sederhana tidak ideal. Pengenalan beberapa oksida non-logam dan logam seperti B, Al, Ge, Ti, Mn, Fe, dll. Dalam SnO (SnO2) dan perlakuan panas dapat menghasilkan oksida komposit amorf yang disebut oksida komposit berbasis timah amorf (disingkat ATCO), yang kapasitas reversibelnya dapat mencapai lebih dari 600 mAh / g dan kapasitas spesifik volumenya lebih besar dari 2200 mAh / cm3.
Yang merupakan bahan karbon saat ini Elektroda negatif (500 ~ 1200mAh / cm3) lebih dari dua kali lipat dari bahan karbon saat ini, menunjukkan aplikasi yang menjanjikan. Masalah saat ini dari bahan ini adalah kapasitas ireversibel yang tinggi untuk pertama kalinya, dan kinerja siklus pengisian / pengosongan juga perlu ditingkatkan lebih lanjut.
(2) Oksida komposit timah
Oksida komposit berbasis timah untuk anoda baterai lithium-ion dibuat dengan mencampurkan SnO, B2O3, P2O5 dalam rasio stoikiometri tertentu, disintering dengan oksigen pada suhu 1000 °C, dan mengembun dengan cepat untuk membentuk senyawa amorf yang komposisinya dapat diekspresikan sebagai SnBxPyOz (x = 0,4 ~ 0,6, y = 0,6 ~ 0,4, z = (2 + 3x -5y) / 2), di mana timahnya adalah Sn2 +. Dibandingkan dengan oksida timah (SnO/SnO2), siklus hidup komposit oksida berbasis timah telah sangat ditingkatkan, tetapi masih sulit untuk memenuhi standar industri.
(3) Paduan timah
Logam tertentu seperti Sn, Si, dan Al membentuk paduan lithium-logam dengan kandungan lithium yang tinggi ketika tertanam dalam lithium. Contohnya, kapasitas teoretis Sn adalah 990 mAh/cm3, yang mendekati 10 kali lipat kapasitas spesifik volumetrik teoretis grafit. Untuk mengurangi kapasitas elektroda yang tidak dapat diubah dan menjaga stabilitas struktur elektroda negatif, paduan timah dapat digunakan sebagai elektroda negatif elektroda ion litium, yang terdiri dari 25% Sn2Fe + 75% SnFe3C.
Sn2Fe adalah partikel aktif, yang dapat membentuk paduan dengan logam litium, dan SnFe3C adalah partikel tidak aktif, yang dapat mempertahankan kerangka dasar elektroda selama siklus elektroda. Kapasitas spesifik volumetrik paduan timah ini dua kali lipat dari bahan grafit. Elektroda yang terdiri dari 25% Sn2Fe + 75% SnFe3C dapat memperoleh kapasitas reversibel 1600 mAh.g-1 dan menunjukkan kinerja siklus yang baik.
Masalah utama dari bahan anoda paduan adalah efisiensi pertama kali yang rendah dan masalah stabilitas siklus, dan kerusakan struktur elektroda yang disebabkan oleh efek volume bahan anoda selama pengisian dan pengosongan berulang kali harus diselesaikan. Kinerja siklus anoda bahan logam murni sangat buruk dan keamanannya tidak baik. Penggunaan anoda paduan yang diracik dengan bahan fleksibel lainnya diharapkan dapat mengatasi masalah ini.
Oksida komposit litium-titanium
Oksida komposit lithium titanium yang digunakan sebagai anoda baterai lithium ion terutama adalah Li4Ti5O12, dan metode persiapannya terutama: metode sintesis fase padat suhu tinggi, metode sol-gel, dll.
(1) Metode sintesis fase padat suhu tinggi
Campur dan giling TiO2, LiCO3 dalam jumlah tertentu, kemudian dinginkan ke suhu kamar pada 1000 ℃ selama 26 jam di bawah atmosfer udara untuk mendapatkan Li4Ti5O12. Campur dan giling TiO2, LiOH.H2O, kemudian dinginkan ke suhu kamar pada 700 ℃ selama 24 jam di bawah atmosfer udara untuk mendapatkan produk target.
Tabung nano karbon
Carbon nanotube adalah jenis material kristal karbon baru yang ditemukan dalam beberapa tahun terakhir, yang merupakan tabung berongga dengan diameter beberapa nanometer hingga puluhan nanometer dan panjang puluhan nanometer hingga puluhan mikrometer, dengan sifat-sifat sebagai berikut.
Sifat-sifat kelistrikan tabung nano karbon
Tabung nano dibuat dengan metode busur DC dan metode pirolisis katalitik.
Metode termal katalitik dilakukan dengan pirolisis campuran 20% H2 + 80% CH4 pada partikel katalis Ni + Al2O3 pada suhu 500°C. Sampel yang telah dipirolisis digerus dan direndam dalam asam nitrat panas (80°C) selama 48 jam untuk menghilangkan katalis dari tabung karbon, dicuci dan disaring berulang kali dengan air hingga pH = 6 dari larutan pencuci, dan sampel yang telah disaring dikeringkan pada suhu 160°C.
Metode busur DC adalah untuk mengalahkan busur dalam tungku busur tertutup di bawah perlindungan argon menggunakan batang grafit dengan kemurnian tinggi sebagai elektroda, dan produk yang dihasilkan adalah tabung nano karbon yang mengandung produk seri C60. Tabung nano karbon dapat dipisahkan dengan metode oksidasi kimia.
Tujuan utama dari material nanoanoda adalah untuk meningkatkan performa siklus dengan mengurangi efek ekspansi dan kontraksi volume pada struktur selama pengisian dan pengosongan dengan memanfaatkan properti nano dari material. Aplikasi praktis menunjukkan bahwa penggunaan properti nano yang efektif dapat meningkatkan kinerja siklus bahan anoda baterai lithium ion ini, namun, masih ada jalan panjang yang harus dilalui sebelum aplikasi praktis.
Alasan utamanya adalah bahwa nanopartikel secara bertahap berikatan dengan siklus, sehingga kehilangan sifat unik nanopartikel lagi, yang menyebabkan kerusakan struktural dan peluruhan kapasitas yang dapat dibalik. Selain itu, mahalnya biaya nanomaterial telah menjadi kendala utama yang membatasi aplikasinya.
Kesimpulannya, di antara bahan anoda baterai lithium ion, bahan anoda karbon berbasis grafit telah menjadi jenis bahan anoda utama karena sumbernya yang luas dan harganya yang murah. Kecuali untuk mikrosfer karbon mesofasa grafit (MCMB) dan grafit buatan kelas bawah yang menempati pangsa pasar yang kecil, grafit alami yang dimodifikasi mendapatkan pangsa pasar yang semakin besar.
Bahan anoda non-karbon memiliki kerapatan energi curah yang tinggi dan semakin menarik minat para peneliti ilmiah, tetapi mereka juga menderita karena stabilitas siklus yang buruk, kapasitas besar yang tidak dapat dipulihkan, dan biaya persiapan bahan yang tinggi, dan sejauh ini gagal mencapai industrialisasi.
Tren pengembangan bahan anoda adalah untuk meningkatkan kapasitas dan stabilitas siklus sebagai tujuan, melalui berbagai metode untuk menggabungkan bahan karbon dengan berbagai bahan anoda non-karbon berkapasitas tinggi untuk meneliti dan mengembangkan bahan anoda komposit non-karbon berkapasitas tinggi yang dapat diterapkan.
Untuk artikel lebih lanjut tentang bahan anoda, silakan merujuk ke anoda berbasis silikon, 10 perusahaan bahan anoda berbasis silikon teratas.