Modyfikacja powierzchni materiału anodowego

2025-03-26

Obecnie baterie litowo-jonowe wykazują bardzo szeroki zakres zastosowań, a materiał anodowy jest jednym z kluczowych czynników determinujących wydajność elektrochemiczną baterii litowo-jonowych, takich jak magazynowanie i konwersja energii. Dzięki modyfikacji powierzchni materiałów anodowych węglowych można skutecznie poprawić wydajność baterii litowo-jonowych. Takie jak poprawa specyficznej pojemności, pierwszej efektywności coulombowskiej, efektywności ładowania i rozładowania, wydajności w czasie, stabilności cyklu, bezpieczeństwa, wydłużenie żywotności. Metody i mechanizmy modyfikacji powierzchni obejmują głównie powlekanie powierzchni, obróbkę chemiczną i domieszkowanie pierwiastków:

(1) Powlekanie powierzchni: budowana jest „powłoka ochronna”, która pokrywa powierzchnię grafitu, tworząc „strukturę rdzeń-powłoka”, co może zapobiegać łuszczeniu się warstw grafitu spowodowanemu solwatacją i poprawić stabilność cyklu materiałów elektrodowych. Powlekanie metalu i jego tlenków może również zmniejszyć opór transferu jonów litu i migracji ładunku oraz poprawić wydajność elektrochemiczną materiałów grafitowych.

(2) Obróbka chemiczna: utlenianie powierzchni wprowadza grupy funkcyjne zawierające tlen, zwiększa aktywną powierzchnię, tworzy stabilną warstwę SEI na granicy między materiałem anodowym a elektrolitem oraz poprawia stabilność cykli anody węglowej. Halogenowanie powierzchni może tworzyć film pasywacyjny o wysokiej sile międzycząsteczkowej na powierzchni materiału, co może poprawić stabilność struktury mikrokryształów.

(3) Doping element: metaliczne lub niemetaliczne pierwiastki są wprowadzane do materiałów anodowych węglowych, aby zmienić strukturę i rozmieszczenie elektronów w mikrokryształach węgla, co ma na celu poprawę zachowania elektrochemicznego usuwania i wstawiania jonów litu w materiałach anodowych.

Wydajność elektrochemiczna materiałów anodowych węglowych może być znacznie poprawiona po modyfikacji powierzchni, ale rzeczywista operacja i regulacja każdej metody modyfikacji nadal wpłyną na ostateczny efekt modyfikacji. Na przykład, grubość warstwy powłokowej, stopień obróbki chemicznej oraz jednorodność dawkowania, rozkładu i dyspersji heteroatomów wpłyną na ostateczną wydajność materiału. Jeśli kontrola nie będzie dobra, wydajność akumulatora litowo-jonowego nie poprawi się, a wydajność elektrochemiczna ulegnie pogorszeniu.