Modificação superficial do material do ânodo

2025-03-26

Atualmente, as baterias de íon de lítio mostraram uma ampla gama de aplicações, e o material do ânodo é um dos fatores-chave que determina o desempenho eletroquímico das baterias de íon de lítio, como armazenamento e conversão de energia. Através da modificação da superfície dos materiais de ânodo de carbono, o desempenho das baterias de íon de lítio pode ser efetivamente melhorado. Como por exemplo, melhorando a capacidade específica, a eficiência do primeiro coulomb, a eficiência de carga e descarga, o desempenho de taxa, a estabilidade do ciclo, a segurança, prolongando a vida útil. Os métodos e mecanismos de modificação de superfície incluem principalmente revestimento de superfície, tratamento químico e dopagem de elementos:

(1) Revestimento de superfície: uma "filme protetora" é construída para cobrir a superfície de grafite, formando uma "estrutura núcleo-shell", que pode evitar a descamação das lamelas de grafite causada pela solvatação e melhorar a estabilidade cíclica dos materiais eletrodos. O revestimento de metal e seu óxido também pode reduzir a resistência da transferência de íons de lítio e migração de carga, além de melhorar o desempenho eletroquímico dos materiais de grafite.

(2) Tratamento químico: a oxidação da superfície introduz grupos funcionais que contêm oxigênio, aumenta o sítio ativo, forma um filme SEI estável na interface entre o material do ânodo e o eletrólito e melhora a estabilidade cíclica do ânodo de carbono. A halogenação da superfície pode formar um filme de passivação com alta força intermolecular na superfície do material, o que pode melhorar a estabilidade da estrutura microcristalina.

(3) Doping de elementos: elementos metálicos ou não metálicos são incorporados aos materiais de ânodo de carbono para alterar a estrutura e o arranjo eletrônico dos microcristais de carbono, com o objetivo de melhorar o comportamento eletroquímico da remoção e inserção de íons de lítio nos materiais do ânodo.

O desempenho eletroquímico dos materiais de ânodo de carbono pode ser grandemente melhorado após a modificação da superfície, mas a operação e regulação real de cada método de modificação ainda afetarão o efeito final da modificação. Por exemplo, a espessura da camada de revestimento, o grau de tratamento químico e a uniformidade da dosagem, distribuição e dispersão do doping de heteroátomos afetarão o desempenho final do material. Se o controle não for bom, o desempenho da bateria de íons de lítio não será melhorado, mas o desempenho eletroquímico será degradado.