Modificación de superficie del material del ánodo

2025-03-26

En la actualidad, las baterías de iones de litio han mostrado un rango de aplicaciones muy amplio, y el material del ánodo es uno de los factores clave que determinan el rendimiento electroquímico de las baterías de iones de litio, como el almacenamiento y conversión de energía. A través de la modificación superficial de los materiales de ánodo de carbono, se puede mejorar de manera efectiva el rendimiento de las baterías de iones de litio. Como mejorar la capacidad específica, la primera eficiencia coulombiana, la eficiencia de carga y descarga, el rendimiento de tasa, la estabilidad del ciclo, la seguridad, prolongar la vida útil. Los métodos y mecanismos de modificación superficial incluyen principalmente recubrimiento superficial, tratamiento químico y dopaje de elementos:

(1) Recubrimiento superficial: se construye una "película protectora" para cubrir la superficie del grafito y formar una "estructura de núcleo-cáscara", lo que puede evitar el desprendimiento de las láminas de grafito causado por la solventación y mejorar la estabilidad del ciclo de los materiales del electrodo. El recubrimiento de metal y su óxido también puede reducir la resistencia de la transferencia de iones de litio y migración de carga, y mejorar el rendimiento electroquímico de los materiales de grafito.

(2) Tratamiento químico: la oxidación superficial introduce grupos funcionales que contienen oxígeno, aumenta el sitio activo, forma una película SEI estable en la interfaz entre el material de ánodo y el electrolito, y mejora la estabilidad del ciclo del ánodo de carbono. La halogenación superficial puede formar una película de pasivación con alta fuerza intermolecular en la superficie del material, lo que puede mejorar la estabilidad de la estructura microcristalina.

(3) Dopaje de elementos: se incorporan elementos metálicos o no metálicos en los materiales del ánodo de carbono para cambiar la estructura y el arreglo de electrones de los microcristales de carbono, con el fin de mejorar el comportamiento electroquímico de eliminación e inserción de iones de litio en los materiales del ánodo.

El rendimiento electroquímico de los materiales del ánodo de carbono puede mejorarse considerablemente tras la modificación de la superficie, pero la operación y regulación real de cada método de modificación seguirán afectando el efecto final de la modificación. Por ejemplo, el grosor de la capa de recubrimiento, el grado de tratamiento químico y la uniformidad de la dosis de dopaje de heteroátomos, distribución y dispersión afectarán el rendimiento final del material. Si el control no es bueno, el rendimiento de la batería de iones de litio no mejorará, sino que el rendimiento electroquímico se degradará.