Oberflächenmodifikation von Anodenmaterial

2025-03-26

Derzeit haben Lithium-Ionen-Batterien ein sehr breites Anwendungsspektrum gezeigt, und das Anodenmaterial ist einer der Schlüsselfaktoren, die die elektrochemische Leistung von Lithium-Ionen-Batterien wie Energiespeicherung und -umwandlung bestimmen. Durch die Oberflächenmodifikation von Kohlenstoff-Anodenmaterialien kann die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien effektiv verbessert werden. Dazu gehört die Verbesserung der spezifischen Kapazität, der ersten Coulomb-Wirkungsgrad, der Lade- und Entladeeffizienz, der Ratenleistung, der Zyklusstabilität, der Sicherheit und die Verlängerung der Lebensdauer. Die Methoden und Mechanismen der Oberflächenmodifikation umfassen hauptsächlich Oberflächenbeschichtungen, chemische Behandlung und Element-Dotierung:

(1) Oberflächenbeschichtung: Eine „Schutzschicht“ wird konstruiert, um die Graphitoberfläche zu bedecken und eine „Kern-Schale-Struktur“ zu bilden, die das Abblättern der Graphitlamellen durch Solvatation vermeiden kann und die Zyklusstabilität der Elektrodenmaterialien verbessert. Die Beschichtung mit Metall und seinen Oxiden kann auch den Widerstand des Lithiumionentransfers und der Ladungsmigration reduzieren und die elektrochemische Leistung von Graphitmaterialien verbessern.

(2) Chemische Behandlung: Oberflächenoxidation führt zur Einführung von sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen, erhöht die aktive Fläche, bildet einen stabilen SEI-Film an der Grenzfläche zwischen Anodenmaterial und Elektrolyt und verbessert die Zyklusstabilität der Kohlenstoffanode. Oberflächenhalogenierung kann einen Passivierungsfilm mit hoher intermolekularer Kraft auf der Oberfläche des Materials bilden, welcher die Stabilität der mikrokristallinen Struktur verbessern kann.

(3) Elementdotierung: Metallische oder nichtmetallische Elemente werden in Kohlenstoffanodenmaterialien integriert, um die Struktur und Electronenanordnung der Kohlenstoffmikrokristalle zu verändern, um das elektrochemische Verhalten der Lithiumionenentnahme und -einfassung in den Anodenmaterialien zu verbessern.

Die elektrochemische Leistung von Kohlenstoffanodenmaterialien kann nach der Oberflächenmodifikation erheblich verbessert werden, aber die tatsächliche Durchführung und Regelung jeder Modifikationsmethode wird dennoch die endgültige Modifikationseffekt beeinflussen. Zum Beispiel werden die Dicke der Beschichtungsschicht, der Grad der chemischen Behandlung sowie die Homogenität der Dotierung mit Hetero-Atomen, deren Dosierung, Verteilung und Dispersion die endgültige Leistung des Materials beeinflussen. Wenn die Kontrolle nicht gut ist, wird die Leistung der Lithiumionenbatterie nicht verbessert, sondern die elektrochemische Leistung wird verschlechtert.