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) Surface coating: a “protective film” is constructed to cover the graphite surface to form a “core-shell structure”, which can avoid the peeling of graphite lamellae caused by solvation and improve the cycle stability of electrode materials. The coating of metal and its oxide can also reduce the resistance of lithium ion transfer and charge migration and improve the electrochemical performance of graphite materials.

(2) Chemical treatment: surface oxidation introduces oxygen-containing functional groups, increases the active site, forms a stable SEI film at the interface between anode material and electrolyte, and improves the cycle stability of carbon anode. Surface halogenation can form a passivation film with high intermolecular force on the surface of the material, which can improve the stability of the microcrystalline structure.

(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.