Modifikasi permukaan material anoda

2025-03-26

Saat ini, baterai lithium-ion telah menunjukkan rentang aplikasi yang sangat luas, dan bahan anoda adalah salah satu faktor kunci yang menentukan kinerja elektro-kimia dari baterai lithium-ion seperti penyimpanan dan konversi energi. Melalui modifikasi permukaan bahan anoda karbon, kinerja baterai lithium-ion dapat secara efektif ditingkatkan. Misalnya meningkatkan kapasitas spesifik, efisiensi coulomb pertama, efisiensi pengisian dan pengosongan, kinerja laju, stabilitas siklus, keamanan, memperpanjang umur layanan. Metode dan mekanisme modifikasi permukaan terutama mencakup pelapisan permukaan, perlakuan kimia, dan doping unsur:

(1) Pelapisan permukaan: sebuah “film pelindung” dibangun untuk menutupi permukaan grafit untuk membentuk “struktur inti-cangkang”, yang dapat menghindari pengelupasan lamela grafit yang disebabkan oleh solusi dan meningkatkan stabilitas siklus dari bahan elektroda. Pelapisan logam dan oksidanya juga dapat mengurangi resistansi transfer ion lithium dan migrasi muatan serta meningkatkan kinerja elektro-kimia dari bahan grafit.

(2) Perlakuan kimia: oksidasi permukaan memperkenalkan kelompok fungsional yang mengandung oksigen, meningkatkan situs aktif, membentuk film SEI yang stabil di antarmuka antara material anoda dan elektrolit, dan meningkatkan stabilitas siklus anoda karbon. Halogenasi permukaan dapat membentuk film pasivasi dengan gaya antarmolekul yang tinggi di permukaan material, yang dapat meningkatkan stabilitas struktur mikrokristalin.

(3) Doping elemen: elemen logam atau non-logam dimasukkan ke dalam material anoda karbon untuk mengubah struktur dan pengaturan elektron dari mikrokristal karbon, sehingga dapat meningkatkan perilaku elektrokimia dari pengambilan dan penyisipan ion litium dalam material anoda.

Kinerja elektrokimia dari material anoda karbon dapat sangat meningkat setelah modifikasi permukaan, tetapi pengoperasian dan pengaturan setiap metode modifikasi yang sebenarnya tetap akan mempengaruhi efek modifikasi akhir. Misalnya, ketebalan lapisan pelapis, derajat perlakuan kimia, dan keseragaman dosis, distribusi, serta dispersi doping heteroatom akan mempengaruhi kinerja akhir dari material. Jika pengendalian tidak baik, kinerja baterai ion litium tidak akan meningkat, tetapi kinerja elektrokimia akan menurun.