Lityum pil için grafit anotun 10 teknik göstergesi

Grafit anodun özgül yüzey alanı

Birim kütle başına nesnenin sahip olduğu yüzey alanını ifade eder, parçacıklar ne kadar küçükse, spesifik yüzey alanı o kadar büyük olacaktır.

Küçük parçacıklara ve yüksek özgül yüzey alanına sahip anot, lityum iyonlarının göç etmesi için daha fazla kanala ve daha kısa yollara sahiptir, bu nedenle çokluk performansı daha iyidir, ancak elektrolit ile geniş temas alanı nedeniyle, SEI filmi oluşturma alanı da büyüktür ve ilk kez verimlilik daha düşük olacaktır.

Aksine, büyük parçacıklar daha fazla sıkıştırma yoğunluğu avantajına sahiptir. Grafit anot malzemesinin spesifik yüzey alanının 5m2/g'dan az olması uygundur.

Grafit anodun parçacık boyutu dağılımı

Partikül boyutunun elektrokimyasal özellikleri üzerindeki etkisi, anot malzemesinin partikül boyutunun malzemenin titreşim yoğunluğunu ve malzemenin spesifik yüzey alanını doğrudan etkileyeceği gerçeğinde ortaya çıkmaktadır. Titreşim yoğunluğunun boyutu, malzemenin yığın enerji yoğunluğunu doğrudan etkileyecektir.

Aynı hacimdeki dolgu parçalarında, malzemenin partikül boyutu ne kadar büyükse, partikül dağılımı o kadar geniş, bulamacın viskozitesi o kadar küçük, katı içeriğin iyileştirilmesi ve kaplama zorluğunun azaltılması için o kadar elverişlidir.

Buna ek olarak, grafit anot malzemesinin parçacık boyutu dağılımı geniş olduğunda, sistemdeki küçük parçacıklar büyük parçacıkların boşluklarına doldurulabilir, bu da kutup parçasının sıkıştırma yoğunluğunu artırmaya ve pilin hacimsel enerji yoğunluğunu iyileştirmeye yardımcı olur.

Grafit anot malzemesinin partikül boyutu dağılımının karakteristik parametreleri D50, D10, D90 ve Dmax olup bunlardan D50, partikül boyutunun kümülatif dağılım eğrisinde biriken 50% miktarına karşılık gelen partikül boyutu değerini temsil eder ve bu da malzemenin ortalama partikül boyutu olarak kabul edilebilir.

Ek olarak, malzemenin partikül boyutu dağılımının genişliği K90 ile ifade edilebilir, K90=(D90-D10)/D50, K90 ne kadar büyükse, dağılım o kadar geniştir. Grafit anot malzemesinin partikül boyutu esas olarak hazırlama yöntemi ile belirlenir ve grafit standardındaki partikül boyutu parametreleri için gereksinimler D50 (yaklaşık 20 μm), Dmax (≤70 μm) ve D10'dur (yaklaşık 10 μm).

Grafit anodun titreşim yoğunluğu

Titreşime güvenmek, tozun daha kompakt bir yığın formu sunmasını sağlar, birim hacim başına kütle ölçülür. Aktif malzemeyi ölçmek için önemli bir göstergedir, lityum-iyon pil hacmi sınırlıdır, titreşim yoğunluğu yüksekse, birim hacim başına aktif malzeme kütlesi yüksektir, hacim kapasitesi yüksektir.

Grafit anodun sıkıştırılmış yoğunluğu

Esas olarak kutup parçası için, haddelemeden sonra kutup parçasına yapılan anot aktif malzemesinin ve bağlayıcının vb. yoğunluğunu ifade eder, sıkıştırılmış yoğunluk = yüzey yoğunluğu / (frezelemeden sonra kutup parçasının kalınlığı eksi bakır folyonun kalınlığı).

Sıkıştırılmış yoğunluk, kutup parçasının özgül kapasitesi, verimlilik, iç direnç ve akü çevrim performansı ile yakından ilişkilidir. Sıkıştırma yoğunluğu ne kadar yüksekse, birim hacim başına o kadar fazla aktif malzeme, kapasite o kadar yüksek olur.

Bununla birlikte, aynı zamanda, gözenekler azalacak, emici elektrolitin performansı kötüleşecek, ıslanabilirlik azalacak, iç direnç artacak ve lityum iyonunun kapasite artışına elverişsiz olmak yerine gömülmesi ve yerinden çıkarılması zorlaşacaktır. Sıkıştırma yoğunluğunu etkileyen faktörler: partiküllerin boyutu, dağılımı ve morfolojisinin etkisi vardır.

Grafit anodun gerçek yoğunluğu

Kesinlikle yoğun durumdaki bir grafit anodun malzemesinin birim hacmi başına katı malzemenin ağırlığı (iç boşluklar hariç). Gerçek yoğunluk yoğun durumda ölçüldüğünden, titreşimli yoğunluktan daha yüksek olacaktır. Genel olarak, gerçek yoğunluk > sıkıştırılmış yoğunluk > titreşimli yoğunluk.

İlk şarj/deşarj özgül kapasitesi

Lityum-iyon pilin ilk şarj işlemi sırasında, lityum iyonlarının grafit anot malzemesinin yüzeyine gömülmesiyle, elektrolitteki çözücü molekülleri birlikte gömülür ve grafit anot malzemesinin yüzeyinde ayrışma ile SEI pasivasyon filmi oluşur. Ancak grafit anot yüzeyi SEI filmi tarafından tamamen kaplandıktan sonra, çözücü molekülleri gömülemez ve reaksiyon durdurulur.

SEI filminin oluşumu, deşarj işlemi sırasında anot yüzeyinden çıkamayan lityum iyonlarının bir kısmını tüketir ve böylece ilk deşarjın spesifik kapasitesini azaltır.

İlk coulomb verimliliği

Grafit anot malzemelerinin performansının önemli bir göstergesi, ilk coulomb verimliliği olarak da bilinen ilk şarj/deşarj verimlilikleridir. Şarj ve deşarj işlemi sırasında, bazı lityum iyonları pozitif elektrottan ayrılır ve anoda gömülür, ancak şarj ve deşarj döngüsüne katılmak için pozitif elektrota geri dönemez, bu da ilk kulombik verimliliğin <100% olmasına neden olur.

Lityum iyonlarının bu kısmının pozitif elektroda geri dönememesinin nedeni: (1) tersinmez gömülü lityumun bir kısmının varlığı, (2) anot yüzeyinde SEI filminin oluşumu, SEI filmi Coulomb verimliliğini etkileyen önemli bir faktördür.

SEI filmi çoğunlukla elektrot malzemelerinin yüzeyinde oluştuğu için, elektrot malzemelerinin özgül yüzey alanı SEI filminin oluşum alanını doğrudan etkiler, özgül yüzey alanı ne kadar büyükse, elektrolit ile temas alanı o kadar büyük olur ve SEI filminin oluşum alanı da o kadar büyük olur.

Genel olarak, kararlı bir SEI filminin oluşumunun bataryanın şarj ve deşarjı için faydalı olduğuna ve bu tür kararsız SEI filminin, elektroliti sürekli olarak tüketecek, SEI filminin kalınlığını kalınlaştıracak ve iç direnci artıracak olan reaksiyon için zararlı olduğuna inanılmaktadır.

Bisiklet performansı

Döngü performansı açısından, SEI filmi lityum iyonlarının difüzyonuna belirli bir engel teşkil edecek ve döngü sayısının artmasıyla SEI filmi düşmeye, soyulmaya ve anot yüzeyinde birikmeye devam edecek, bu da grafit anodun iç direncinde kademeli bir artışa neden olacak ve bu da ısı birikimi ve kapasite kaybına yol açacaktır.

Grafit anodun büyütme performansı

Grafit anot malzemelerindeki lityum iyonlarının difüzyonu oldukça yönlüdür, yani sadece grafit kristalinin C ekseni yönünün uç yüzüne dik olarak yerleştirilebilir. Küçük partiküllere ve yüksek spesifik yüzey alanına sahip grafit anot malzemeleri daha iyi çokluk performansına sahiptir. Buna ek olarak, elektrot yüzey direnci (SEI filminin neden olduğu) ve elektrot iletkenliği de çokluk performansını etkiler.

Çevrim ömrü ve genişleme ile aynı şekilde, birçok lityum iyonu taşıma kanalına sahip izotropik anot, gömme ve ayırma için daha az giriş ve anizotropik yapıda düşük difüzyon hızı sorununu çözer ve bu da yüksek akımlı şarj ve deşarj için yararlıdır.

Genişleme özellikleri

Genleşme ve çevrim ömrü pozitif olarak ilişkilidir. Grafit anot genişledikten sonra, (1) çekirdek deformasyonuna, anot partiküllerinde mikro çatlaklara, SEI filminin kopmasına ve yeniden düzenlenmesine, elektrolit tüketimine ve çevrim performansının bozulmasına neden olacaktır;

(2) (1)  lityum pil ayırıcı özellikle daha ciddi olan pabuçların dik açılı kenarında sıkışacaktır ve şarj ve deşarj döngüsü ile mikro-kısa devre veya mikro-lityum metal çökelmesine neden olmak çok kolaydır.

Genleşme miktarı grafit anodun yönelimiyle ilişkilidir, yönelim = I004/I110, XRD verileriyle hesaplanabilir, anizotropik grafit anot malzemesi lityum gömme işlemi sırasında kafesi aynı yönde (grafit kristallerinin C ekseni yönü) genişletme eğilimindedir, bu da pilin daha büyük bir hacim genişlemesine yol açacaktır.

Lityum iyon anot ile ilgili makaleleri de görebilirsiniz sert karbon anot, silikon bazlı anot, en i̇yi̇ 10 si̇li̇kon bazli anot malzeme şi̇rketi̇.