リチウム電池のアノード材料と将来
リチウムイオン電池は充電式二次電池で、主に正極、負極、電解質、セパレーター、集電体の5つの主要部分で構成されています。
正極材と負極材の主な機能は、リチウムイオンをより自由に抽出・挿入し、充放電機能を実現することです。
充電プロセス中に、リチウムイオンが正極材料から抽出され、電解質を介して対応する負極材料に挿入されます。 同時に、電子は正極から外部回路を通って流出し、負極に流れます。
リチウム電池が放電すると、リチウムイオンが負極から抽出され、電解液を介して正極材料に再埋め込まれます。 同時に、電子は外部回路を通って負極から正極に流れます。
リチウム電池のアノード材料は何ですか？
負極材料は、電池の充電プロセスにおけるリチウムイオンと電子のキャリアであり、エネルギーの貯蔵と放出の役割を果たします。 これは、リチウムイオン電池の性能を決定する重要な要素の1つであり、パワー電池の安全性の生命線を保持しています。
理想的な負極材料は、少なくとも次の7つの条件を備えている必要があります
1.化学ポテンシャルが低く、正極材料との電位差が大きく、高出力電池が得られます。
2.より高い比サイクル容量が必要です。
3. Li +は、負極材料に簡単に挿入および抽出でき、クーロン効率が高いため、Li +抽出プロセス中に比較的安定した充電および放電電圧を維持できます。
4.良好な電子伝導性とイオン伝導性。
5.安定性が高く、電解質とある程度の適合性があります。
7.材料の供給源は、資源が豊富で、価格が低く、製造プロセスが単純でなければなりません。 安全、グリーン、無公害。
現在、上記の条件を満たすアノード材料は基本的に存在しないため、高エネルギー密度、優れた安全性能、低価格、入手しやすい材料を備えた新しいアノード材料の研究が急務となっており、この段階でのリチウム電池研究の分野。
リチウム電池用アノード材料の探索と将来
リチウム電池の負極材料には、グラフェン/リン酸水素ジルコニウム（ZrP）複合材料が使用されており、電池材料の導電性を克服することができます。
不十分な電気的特性と深刻な体積膨張効果の問題には、強いサイクル安定性と強い電気伝導性という特徴があります。
1.グラフェン/ ZrP複合材料のリチウム貯蔵メカニズム
1.グラフェン材料のリチウム貯蔵挙動
グラフェンは、より優れた電子およびイオン透過チャネルを備えており、充電および放電速度を高速化するのに役立ちます。 負極材料としてグラフェンを使用した場合の化学反応式は次のとおりです。
グラフェンはLi +の拡散速度が高く、リチウム電池の負極材料として使用した場合、最初の充電および放電プロセスで高い容量を持ちますが、グラフェンの容量は、数回の完全な充電および放電サイクルの後に急速に減衰します。単独で使用することはできません。 リチウム電池のアノード材料。これは、グラフェン材料が最初の充電および放電時にリチウム電池の電解質と反応し、電気サイクル中に電解質との接触面が大きくなり、層が蓄積するためです。不可逆性と不安定性で。 SEIフィルムの不動態化は、調製されたグラフェンがラメラ構造のために凝集および蓄積しやすく、そのクーロン効率が低くなります。
2.グラフェン/ ZrP複合材料の相乗効果
リン酸水素ジルコニウムとグラフェンの複合材料は、電池の導電性を改善し、その体積膨張効果を改善するだけでなく、優れたリチウム貯蔵容量を持ち、複合材料の比容量を増やすことができます。 グラフェンは、他の炭素材料と比較して、比表面積が大きく、機械的強度が高く、導電性が優れているという利点があります。 SnO 2、FeSb 2およびその他の材料に関する研究は、グラフェンの導入がその電気化学的性能を効果的に改善できることを示しています。
2.グラフェン/ ZrP複合材料の動作原理
グラフェン/リン酸水素ジルコニウム複合材料は、生成されたグラフェンをその場でリン酸水素ジルコニウムの表面に付着させて、リン酸水素ジルコニウムとグラフェン複合材料を得ることができるソルボサーマル法によって調製されます。 煆焼後、グラフェンはリン酸水素ジルコニウムに含まれる可能性があります。結晶格子に酸素空孔が形成されるため、キャリアと格子欠陥の数が増加し、導電率が向上します。 グラフェンの存在は、リン酸水素ジルコニウムナノ粒子間の導電性ネットワークの形成を可能にし、これは材料の全体的な導電性を改善するのに有益です。 同時に、グラフェンは、リン酸水素ジルコニウムの表面をコーティングするための柔軟なフィルムとして使用されます。これにより、充電および放電プロセス中の体積膨張効果を緩衝することができます。
第三に、グラフェン/ ZrP複合材料の潜在的な見通し
1.製造方法は、操作が簡単で簡単、再現性が高く、低コストで環境汚染がないという特徴があります。
2.この方法で作製したリン酸水素ジルコニウムとグラフェンの複合材料をリチウム電池の負極材料として使用することで、電池の導電性不良や大きな体積膨張効果の問題を克服でき、サイクル安定性に優れているという特徴があります。そして強い導電性;
3.グラフェンは導電率が高く、比表面積が大きいため、電池複合材料の導電性を効果的に向上させると同時に、電池複合材料の体積膨張効果を効果的に向上させ、電気化学的性能を向上させることができます。電池複合材料の。
