Materiales del ánodo de la batería de iones de litio.
Requisitos de selección del material del ánodo de la batería
El papel de los materiales de los electrodos negativos en las baterías de litio.
Cuerpo que almacena iones de litio.
Inserción/extracción reversible de iones de litio durante la carga y descarga.
Desempeña un papel importante en el rendimiento de las baterías de litio.
Historia del desarrollo de materiales de electrodos negativos.
Mecanismo de almacenamiento de litio reversible de materiales de electrodos negativos.
Inserción/extracción, aleación/desaleación
reacción de transformación
Rotura reversible de enlaces químicos orgánicos
Carga superficial: condensador
Clasificación de materiales de electrodos negativos.
Material del ánodo de litio metálico.
Materiales de electrodos negativos a base de carbono.
Material de electrodo negativo a base de silicio
Material de electrodo negativo a base de estaño
Material de electrodo negativo a base de germanio
Material del ánodo de titanato de litio
Material de ánodo metálico de litio (no comercializado)
Características estructurales
Ventajas
Alto voltaje y alta densidad de energía.
insuficiente
Bajo punto de fusión → problemas de seguridad
El producto de reacción entre litio y electrolito recubre litio → litio disperso.
Materiales de electrodos negativos a base de carbono.
Compuestos de grafito y capas intermedias de grafito.
Mecanismo de carga y descarga de materiales de electrodos negativos de grafito → formación de compuestos de capas intermedias de grafito
Microesferas de carbono mesofásicas grafitadas.
Proceso y método de preparación.
Materiales de carbono amorfo
Materiales de carbono nanoestructurados.
Materiales a base de silicio
Materiales de película delgada a base de silicio.
Materiales compuestos de aleación de silicio/metal
Compuestos de silicio/carbono
Principales problemas con los materiales anódicos a base de silicio
(Expansión de volumen durante la litiación/delitiación)
Trituración de material activo
La formación de una película SEI inestable en la superficie del electrodo negativo a base de silicio → pérdida de iones de litio,
La resistencia de la interfaz aumenta y la vida útil de la batería disminuye
Interrupción de redes conductoras electrónicas.
Material de electrodo negativo a base de estaño
Elemento metálico de estaño
Material del ánodo de aleación de estaño
Material de ánodo de óxido a base de estaño
Material de ánodo compuesto de estaño/carbono
Ventajas
Alta capacidad específica teórica
El estaño tiene un bajo potencial redox y buena conductividad.
Reservas abundantes y no tóxicas.
Material de electrodo negativo a base de germanio
Ventajas
Alta capacidad específica teórica
En comparación con el Si, la velocidad de difusión de los iones de litio en el Ge es 400 veces mayor.
La conductividad electrónica es 104 veces mayor → adecuada para equipos de alta corriente y alta potencia.
insuficiente
Alto precio, lo que limita las aplicaciones prácticas.
Problemas graves de expansión de volumen, desprendimiento de electrodos y en general
Deterioro de la capacidad y vida útil de la batería.
modificado
Nanotubos y nanocables de germanio unidimensionales, películas de germanio y otras estructuras.
Material del ánodo de titanato de litio
estructura de espinela
Capacidad teórica 175mAh/g (140-160)
Material sin deformación (cambio de volumen del material durante el proceso de carga y descarga <1%)
Ventajas
seguridad
Plataforma de alto voltaje, sin precipitación de Li
Resistente a sobrecargas y descargas.
Excelente rendimiento a altas y bajas temperaturas
larga vida
La estructura es estable y no tiene deformación, y el cambio de volumen es básicamente cero.
Sin película SEI para evitar la rotura de la película SEI
Gran aumento - en comparación con el grafito
Alto coeficiente de difusión de iones
Se puede utilizar en equipos de pulso de ciclos múltiples.
modificado
conductividad
Es necesario mejorar la mala conductividad del titanato de litio mediante recubrimiento/dopaje con carbono.
ventana potencial
Utilice metal para reemplazar parte de Ti para reducir el potencial.
Carga de alta corriente
Reducir partículas/nano → mejorar el rendimiento de la tasa