음극 재료의 표면 수정

2025-03-26

현재 리튬 이온 배터리는 매우 광범위한 응용 분야를 보이고 있으며, 음극 소재는 에너지 저장 및 변환과 같은 리튬 이온 배터리의 전기화학적 성능을 결정하는 핵심 요소 중 하나입니다. 탄소 음극 소재의 표면 개질을 통해 리튬 이온 배터리의 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 비용량, 1차 쿨롱 효율, 충방전 효율, 율속 성능, 사이클 안정성, 안전성을 향상시키고 수명을 연장할 수 있습니다. 표면 개질 방법 및 메커니즘은 주로 표면 코팅, 화학 처리, 원소 도핑을 포함합니다.

(1) 표면 코팅: 그래핀 표면을 덮는 "보호막"을 형성하여 "코어-쉘 구조"를 만들고, 이로 인해 용매화로 인한 그래핀 층의 벗겨짐을 방지하고 전극 소재의 사이클 안정성을 개선합니다. 금속 및 그 산화물의 코팅은 리튬 이온 전이 및 전하 이동의 저항을 줄이고 그래핀 소재의 전기화학적 성능을 개선할 수 있습니다.

(2) 화학적 처리: 표면 산화는 산소 함유 작용기를 도입하고, 활성점을 증가시키며, 양극 재료와 전해질 계면에 안정적인 SEI 피막을 형성하여 탄소 음극의 사이클 안정성을 향상시킵니다. 표면 할로겐화는 재료 표면에 높은 분자간력을 갖는 부동태 피막을 형성하여 미결정 구조의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

(3) 원소 도핑: 금속 또는 비금속 원소를 탄소 양극 재료에 혼입하여 탄소 미세 결정의 구조 및 전자 배열을 변화시켜 양극 재료 내 리튬 이온의 제거 및 삽입의 전기화학적 거동을 개선합니다.

탄소 음극재의 전기화학적 성능은 표면 개질 후 크게 향상될 수 있지만, 각 개질 방법의 실제 작동 및 조절은 최종 개질 효과에 여전히 영향을 미칩니다. 예를 들어, 코팅층의 두께, 화학 처리 정도, 그리고 헤테로원자 도핑량, 분포 및 분산의 균일성은 재료의 최종 성능에 영향을 미칩니다. 제어가 적절하지 않으면 리튬 이온 전지의 성능은 향상되지 않고 전기화학적 성능만 저하됩니다.