負極材料の表面改良

2025-03-26

現在、リチウムイオン電池は非常に幅広い用途を示しており、アノード材料はエネルギー貯蔵や変換などのリチウムイオン電池の電気化学的性能を決定する重要な要因の一つです。カーボンアノード材料の表面改質を通じて、リチウムイオン電池の性能を効果的に向上させることができます。例えば、比容量、初回クーロン効率、充放電効率、レート性能、サイクル安定性、安全性、サービス寿命の延長を改善します。表面改質の方法とメカニズムには、主に表面コーティング、化学処理、および元素ドーピングが含まれます：

(1) 表面コーティング：グラファイト表面を覆う「保護膜」を構築し、「コア-シェル構造」を形成することで、溶媒和によるグラファイト層の剥離を回避し、電極材料のサイクル安定性を改善できます。金属とその酸化物のコーティングもリチウムイオンの移動と荷電移行の抵抗を低下させ、グラファイト材料の電気化学的性能を向上させることができます。

(2) 化学処理：表面酸化により酸素を含む官能基が導入され、活性点が増加し、陽極材料と電解液の界面で安定したSEI膜を形成し、炭素陽極のサイクル安定性が向上します。表面ハロゲン化により、材料の表面に高い分子間力を持つパッシベーション膜が形成され、微結晶構造の安定性が向上します。

(3) 元素ドーピング：金属または非金属元素が炭素陽極材料に組み込まれ、炭素微結晶の構造と電子配置が変化し、陽極材料におけるリチウムイオンの除去および挿入の電気化学的挙動が改善されます。

炭素陽極材料の電気化学的性能は、表面改良後に大幅に向上する可能性がありますが、各改良方法の実際の操作や調整が最終的な改良効果に影響を及ぼします。例えば、コーティング層の厚さ、化学処理の程度、ヘテロ原子のドーピング dosages や分布、分散の均一性が材料の最終的な性能に影響を与えます。制御が不十分な場合、リチウムイオンバッテリーの性能が改善されず、電気化学的性能が劣化することがあります。