Existem muitos indicadores técnicos para materiais de ânodo de grafite, e é difícil considerá-los todos, incluindo principalmente área superficial específica, distribuição granulométrica, densidade aparente, densidade de compactação, densidade real, capacidade específica de primeira carga e descarga, eficiência inicial, etc. Além disso, existem indicadores eletroquímicos como desempenho de ciclagem, desempenho de taxa, inchamento e assim por diante. Então, quais são os indicadores de desempenho dos materiais de ânodo de grafite? O conteúdo a seguir é apresentado pela HCMilling (Guilin Hongcheng), fabricante de...materiais de ânodo moinho de moagem.

01 área de superfície específica

Refere-se à área da superfície de um objeto por unidade de massa. Quanto menor a partícula, maior a área da superfície específica.

O eletrodo negativo com partículas pequenas e alta área superficial específica possui mais canais e caminhos mais curtos para a migração de íons de lítio, resultando em melhor desempenho em altas taxas de carga/descarga. No entanto, devido à grande área de contato com o eletrólito, a área para formação da película SEI também é grande, o que reduz a eficiência inicial. Partículas maiores, por outro lado, apresentam a vantagem de maior densidade de compactação.

A área superficial específica dos materiais de ânodo de grafite é preferencialmente inferior a 5m²/g.

02 Distribuição do tamanho das partículas

A influência do tamanho das partículas do material anódico de grafite em seu desempenho eletroquímico reside no fato de que o tamanho das partículas do material anódico afetará diretamente a densidade aparente do material e sua área superficial específica.

A densidade aparente (densidade compactada) afeta diretamente a densidade energética volumétrica do material, e somente uma distribuição granulométrica adequada pode maximizar o desempenho do material.

03 Densidade de batida

A densidade aparente é a massa por unidade de volume medida pela vibração que faz com que o pó pareça estar compactado de forma relativamente densa. É um indicador importante para medir o material ativo. O volume da bateria de íon-lítio é limitado. Se a densidade aparente for alta, o material ativo por unidade de volume terá uma grande massa e a capacidade volumétrica será alta.

04 Densidade de compactação

A densidade de compactação refere-se principalmente à peça polar, sendo a densidade após a laminação, quando o material ativo do eletrodo negativo e o aglutinante são transformados na peça polar. Densidade de compactação = densidade superficial / (espessura da peça polar após a laminação menos a espessura da folha de cobre).

A densidade de compactação está intimamente relacionada com a capacidade específica da folha, a eficiência, a resistência interna e o desempenho do ciclo da bateria.

Fatores que influenciam a densidade de compactação: o tamanho, a distribuição e a morfologia das partículas, todos têm um efeito.

05 Densidade Verdadeira

Peso da matéria sólida por unidade de volume de um material em estado absolutamente denso (excluindo vazios internos).

Como a densidade real é medida no estado compactado, ela será maior que a densidade aparente. Geralmente, densidade real > densidade compactada > densidade aparente.

06 A primeira capacidade específica de carga e descarga

O material anódico de grafite apresenta capacidade irreversível no ciclo inicial de carga e descarga. Durante o primeiro processo de carga da bateria de íon-lítio, a superfície do material anódico é intercalada com íons de lítio e moléculas de solvente no eletrólito são co-inserida, e a superfície do material anódico se decompõe para formar a película de passivação SEI. Somente após a superfície do eletrodo negativo estar completamente coberta pela película SEI, as moléculas de solvente não conseguem mais se intercalar e a reação é interrompida. A geração da película SEI consome parte dos íons de lítio, e essa parte dos íons de lítio não pode ser extraída da superfície do eletrodo negativo durante o processo de descarga, causando, assim, perda de capacidade irreversível e, consequentemente, reduzindo a capacidade específica da primeira descarga.

07 Primeira Eficiência de Coulomb

Um indicador importante para avaliar o desempenho de um material anódico é a sua primeira eficiência de carga-descarga, também conhecida como primeira eficiência coulombiana. A primeira eficiência coulombiana determina diretamente o desempenho do material do eletrodo.

Como a película SEI se forma principalmente na superfície do material do eletrodo, a área superficial específica deste material afeta diretamente a área de formação da película SEI. Quanto maior a área superficial específica, maior a área de contato com o eletrólito e, consequentemente, maior a área disponível para a formação da película SEI.

Geralmente se acredita que a formação de uma película SEI estável é benéfica para o carregamento e descarregamento da bateria, enquanto uma película SEI instável é desfavorável à reação, consumindo continuamente o eletrólito, aumentando a espessura da película SEI e elevando a resistência interna.

Desempenho do ciclo 08

O desempenho cíclico de uma bateria refere-se ao número de ciclos de carga e descarga que a bateria suporta sob um determinado regime de carga e descarga, até que sua capacidade caia para um valor específico. Em termos de desempenho cíclico, a película SEI dificulta a difusão dos íons de lítio até certo ponto. À medida que o número de ciclos aumenta, a película SEI continua a se desprender, descascar e depositar na superfície do eletrodo negativo, resultando em um aumento gradual da resistência interna do eletrodo negativo, o que causa acúmulo de calor e perda de capacidade.

09 Expansão

Existe uma correlação positiva entre a expansão e a vida útil do ciclo. Após a expansão do eletrodo negativo, primeiro, o núcleo do enrolamento se deforma, as partículas do eletrodo negativo formam microfissuras, a película SEI se rompe e se reorganiza, o eletrólito é consumido e o desempenho do ciclo se deteriora; segundo, o diafragma é comprimido. A pressão, especialmente a extrusão do diafragma na borda em ângulo reto da orelha polar, é muito intensa e pode facilmente causar microcurtos-circuitos ou precipitação de lítio metálico em microescala com o progresso do ciclo de carga e descarga.

Em relação à expansão em si, os íons de lítio serão incorporados no espaço interplanar do grafite durante o processo de intercalação, resultando em uma expansão desse espaço e um aumento de volume. Essa expansão é irreversível. A magnitude da expansão está relacionada ao grau de orientação do eletrodo negativo, sendo o grau de orientação = I004/I110, que pode ser calculado a partir dos dados de difração de raios X (DRX). O material de grafite anisotrópico tende a sofrer expansão da rede cristalina na mesma direção (a direção do eixo C do cristal de grafite) durante o processo de intercalação de lítio, o que resultará em uma maior expansão volumétrica da bateria.

10Avalie o desempenho

A difusão de íons de lítio no material anódico de grafite apresenta forte direcionalidade, ou seja, só pode ocorrer perpendicularmente à face final do eixo C do cristal de grafite. Materiais anódicos com partículas pequenas e alta área superficial específica apresentam melhor desempenho em altas taxas de carga/descarga. Além disso, a resistência superficial do eletrodo (devido à película SEI) e a condutividade do eletrodo também afetam o desempenho em altas taxas de carga/descarga.

Assim como no caso da vida útil e da expansão, o eletrodo negativo isotrópico possui muitos canais de transporte de íons de lítio, o que resolve os problemas de menor número de entradas e baixas taxas de difusão presentes na estrutura anisotrópica. A maioria dos materiais utiliza tecnologias como granulação e revestimento para melhorar seu desempenho em altas taxas de carga/descarga.

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Nome da matéria-prima

Finura do produto (malha/μm)

capacidade (t/h)