การใช้แอสฟัลต์ในวัสดุแอโนด

2025-03-26

กราไฟต์ซึ่งใช้เป็นวัสดุแอโนดเชิงพาณิชย์นั้นไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับวัสดุแอโนดที่มีความจุสูงได้ เนื่องจากความจุทางทฤษฎีที่จำกัด หากใช้พิตช์เป็นสารตั้งต้นคาร์บอนสำหรับแอโนดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จะไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการใช้พิตช์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูงขึ้น แต่ยังให้วิธีการและการสำรวจใหม่ ๆ ในการปรับปรุงประสิทธิภาพทางอิเล็กโตรเคมีของวัสดุแอโนด

Li P และคณะได้ใช้อนุภาคแมกนีเซียมออกไซด์นาโนเป็นแม่แบบและพิตช์ปิโตรเลียมเป็นแหล่งคาร์บอน หลังจากการกระจายด้วยอัลตราโซนิกในเฟสของเหลว พวกเขาได้รับการบำบัดที่อุณหภูมิสูง 800 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 1 ชั่วโมงภายใต้การป้องกันของไนโตรเจน และแม่แบบถูกลบออกโดยการดองเพื่อเตรียมโครงสร้างที่บางพิเศษและมีลักษณะเป็นโพรงที่ไม่เหมือนใคร เปลือกคาร์บอนที่มีรูพรุน (PACS) เนื่องจากแผ่นบางพิเศษและโครงสร้างที่มีรูพรุนแบบลำดับชั้น PACS จึงให้จุดที่ใช้งานมากขึ้นสำหรับการขนส่งไอออน โดยมีความจุ 334 mAh g-1 หลังจาก 1,000 รอบที่ความหนาแน่นกระแส 1 A g-1 ความจุที่สามารถกลับคืนได้และการเก็บรักษาความจุ 90%

ในระหว่างการเตรียมการ การเชื่อมโยงข้ามจะถูกส่งเสริมโดยการแนะนำออกซิเจนในอากาศ ซึ่งหลีกเลี่ยงการรวมตัวของแอสฟัลต์ที่มีจุดอ่อนนุ่มต่ำในอิมัลชันและไม่ต้องการการบำบัดหลังเพื่อรักษารูปร่างทรงกลม เมื่อใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรดลบสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ความจุกรัมของ PCB คือ 373.6 mAhg-1 และ 125.8 mAhg-1 ที่ความหนาแน่นกระแส 0.05 Ag-1 และ 5 Ag-1 ตามลำดับ ความจุคือ 316.1 mAhcm-3 และ 106.4 mAhcm-3 ตามลำดับ

วัสดุคาร์บอนที่ใช้แอสฟัลต์สามารถใช้เป็นอิเล็กโทรดลบเพื่อเพิ่มมูลค่าแอสฟัลต์ แต่เนื่องจากองค์ประกอบที่ซับซ้อนของแอสฟัลต์ ความจุของวัสดุแอสฟัลต์เองจึงไม่สูง หากใช้โดยตรงเป็นวัสดุลบ จะต้องมีการออกแบบไมโครสตรัคเจอร์ และการผลิตในปริมาณมากเป็นเรื่องยาก และต้นทุนสูงเกินไป ดังนั้นแอสฟัลต์จึงมักถูกใช้เป็นวัสดุที่ปรับปรุงในกระบวนการผลิตเพื่อให้เกิดการใช้แอสฟัลต์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง

Surface coating is one of the most commonly used methods to modify anode materials in industry at present. This method forms a layer of amorphous carbon on the surface of materials by solid phase, liquid phase or gas phase carbonization to build a “core-shell structure”.The “shell structure” of the surface can effectively restrain and buffer the volume expansion or structural damage of the active center of the negative electrode material, while increasing the compatibility with the electrolyte and maintaining the stability of the electrode material

กราไฟต์ในฐานะวัสดุแอโนดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังมีปัญหามากมาย เช่น ในกระบวนการชาร์จและคายประจุ การฝังและการลอกของลิเธียมไอออนทำให้เกิดการลอกเลเยอร์และการทำลายโครงสร้างของกราไฟต์ ความเข้ากันได้ระหว่างกราไฟต์และอิเล็กโทรไลต์ไม่ดี และค่าความแพร่กระจายทางเคมีของลิเธียมไอออนในกราไฟต์มีค่าน้อย เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ กราไฟต์จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุง ในฐานะแหล่งคาร์บอนทั่วไปของกราไฟต์ที่ปรับปรุงแล้ว แอสฟัลต์ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากนักวิจัย

วัสดุแอโนดที่ใช้พีชมีนวัตกรรมบางอย่างในโครงสร้างวัสดุและวิธีการเตรียม และความจุและประสิทธิภาพอัตราได้มีการพัฒนาครั้งใหญ่เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแอโนดที่ใช้กราไฟต์ แต่ปรากฏการณ์การหน่วงเวลาแรงดันไฟฟ้าชาร์จ-ปล่อยนั้นรุนแรง ความหนาแน่นพลังงานลดลง และการผลิตในปริมาณมากเป็นเรื่องยาก อย่างไรก็ตาม กลไกการปรับปรุงของการเคลือบยางมะตอยยังไม่ชัดเจน และการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุและการรักษาความสอดคล้องของคุณสมบัติของวัสดุที่ปรับปรุงยังไม่ชัดเจน มีพื้นที่สำหรับการปรับปรุงทางเทคนิคที่ใหญ่กว่า

แม้ว่าแอสฟัลต์จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม แต่ส่วนประกอบและโครงสร้างของแอสฟัลต์นั้นซับซ้อนเนื่องจากแหล่งวัตถุดิบแอสฟัลต์ที่ซับซ้อนและความแตกต่างในเทคโนโลยีการผลิต ในระหว่างกระบวนการผลิต เนื่องจากระยะเวลาในการคัดกรองแอสฟัลต์ดิบที่ยาวนาน ความไม่เสถียรของกระบวนการคัดกรองทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นและความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปต่ำ ดังนั้น การพัฒนาแอสฟัลต์พิเศษสำหรับวัสดุขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและการตรวจสอบแอสฟัลต์อย่างรวดเร็วจึงเป็นจุดสนใจของวัสดุขั้วบวกที่ปรับปรุงแอสฟัลต์ในอนาคต