Materiais de ânodo de bateria de íon de lítio
Requisitos de seleção do material do ânodo da bateria
O papel dos materiais de eletrodos negativos em baterias de lítio
Corpo que armazena íons de lítio
Inserção/extração reversível de íons de lítio durante carga e descarga
Desempenha um papel importante no desempenho das baterias de lítio
História de desenvolvimento de materiais de eletrodos negativos
Mecanismo reversível de armazenamento de lítio de materiais de eletrodo negativo
Inserção/extração, liga/desligação
Quebra de ligação química orgânica reversível
Carregamento de superfície: capacitor
Classificação de materiais de eletrodos negativos
Material de ânodo de lítio metálico
Materiais de eletrodo negativo à base de carbono
Material de eletrodo negativo à base de silício
Material de eletrodo negativo à base de estanho
Material de eletrodo negativo à base de germânio
Material de ânodo de titanato de lítio
Material de ânodo metálico de lítio (não comercializado)
Características estruturais
Vantagens
Alta tensão e alta densidade de energia
insuficiente
Baixo ponto de fusão → questões de segurança
O produto da reação entre o lítio e o eletrólito reveste o lítio → lítio disperso
Materiais de eletrodo negativo à base de carbono
Compostos intercalares de grafite e grafite
Mecanismo de carga e descarga de materiais de eletrodo negativo de grafite → formação de compostos intercamadas de grafite
Microesferas de carbono mesofásica grafitadas
Processo e método de preparação
Materiais de carbono amorfo
Materiais de carbono nanoestruturados
Materiais à base de silício
Materiais de película fina à base de silício
Materiais compósitos de liga metálica/silício
Compósitos de silício/carbono
Principais problemas com materiais anódicos à base de silício
(Expansão de volume durante a litiação/delitiação)
Britagem de material ativo
A formação de filme SEI instável na superfície do eletrodo negativo à base de silício → perda de íons de lítio,
A resistência da interface aumenta e o ciclo de vida da bateria diminui
Interrupção de redes condutoras eletrônicas
Material de eletrodo negativo à base de estanho
Elemento de estanho metálico
Material de ânodo de liga de estanho
Material de ânodo de óxido à base de estanho
Material de ânodo composto de estanho/carbono
Vantagens
Alta capacidade específica teórica
O estanho tem baixo potencial redox e boa condutividade
Reservas abundantes e não tóxicas
Material de eletrodo negativo à base de germânio
Vantagens
Alta capacidade específica teórica
Comparado com o Si, a velocidade de difusão dos íons de lítio no Ge é 400 vezes maior.
A condutividade eletrônica é 104 vezes → adequada para equipamentos de alta corrente e alta potência
insuficiente
Preço alto, limitando aplicações práticas
Sérios problemas de expansão de volume, desprendimento de eletrodos e
Deterioração da capacidade e vida útil da bateria
modificado
Nanotubos e nanofios unidimensionais de germânio, filmes de germânio e outras estruturas
Material de ânodo de titanato de lítio
estrutura espinélio
Capacidade teórica 175mAh/g (140-160)
Material de tensão zero (alteração do volume do material durante o processo de carga e descarga <1%)
Vantagens
segurança
Plataforma de alta tensão, sem precipitação de Li
Resistente a sobrecarga e descarga
Excelente desempenho em altas e baixas temperaturas
Vida longa
A estrutura é estável e tem deformação zero, e a mudança de volume é basicamente zero.
Nenhum filme SEI para evitar a ruptura do filme SEI
Alta ampliação - em comparação com grafite
Alto coeficiente de difusão de íons
Pode ser usado em equipamentos de pulso de ciclo múltiplo
modificado
condutividade
A baixa condutividade do titanato de lítio precisa ser melhorada através do revestimento/dopagem de carbono
janela potencial
Use metal para substituir parte do Ti para reduzir o potencial
Carregamento de alta corrente
Reduza partículas/nano → melhore o desempenho da taxa