◆Alloy-mofuta oa lisebelisoa tsa anode
◆Phetoho{0}}mofuta oa lisebelisuoa tsa anode
◆Lisebelisoa tsa anode ea tšepe ea lithium
Ts'ebetsong ea ho lefisa ealithium{0}}libetri tsa ion, lisebelisoa tse mpe tsa elektrode li phetha karolo ea bohlokoa ho jare li-ion tsa lithium le lielektrone, 'me li bohlokoa bakeng sa ho boloka matla le ho lokolloa. Ho ea ka litšenyehelo, lisebelisoa tsena li nka 5% ho isa ho 15% ea kakaretso ea litšenyehelo tsa ho etsa libeteri 'me li nkoa e le e 'ngoe ea lisebelisoa tsa bohlokoa bakeng sa tlhahiso ea betri ea lithium{3}}. Joalo ka lisebelisoa tse ntle tsa elektrode, lisebelisoa tsa elektrode tse nyahamisang li bapala karolo ea bohlokoa haholo ho khothaletseng tsoelopele ea theknoloji ea betri ea lithium-ion. Lilemong tsa morao tjena, ka tlhokahalo e ntseng e eketseha ea ts'ebetso e ntlafetseng ea betri{7}}haholo-holo, phehello ea matla a mangata a mangata, matla a mangata, le botsitso bo betere le ts'ireletso{8}}bafuputsi ba hlokometse haholo lisebelisoa tsa electrode tse mpe, e leng e 'ngoe ea likarolo tsa mantlha tsa lithium{9}}
dibetri. Lisebelisoa tse ntle tsa electrode li lokela ho ba le litšobotsi tse latelang:
(1) E bobebe, e amohela Li ka hohle kamoo ho ka khonehang ho ntlafatsa bokhoni bo itseng.
(2) Monyetla o tlase oa redox bakeng sa ho kenngoa ha lithium ion le karabelo ea ho ntša, e thusang ho fihlela motlakase o phahameng oa betri.
(3) Ts'ebetso e ntle ea elektronike le ea ionic.
(4) Ha e kenelle ka har'a li-solvents tsa electrolyte 'me ha e sebetse ka letsoai la lithium. 5
(6) Lisebelisoa tse theko e tlaase, tse ngata, le tse baballang tikoloho.
Lisebelisuoa tsa anode li ka aroloa ka mekhahlelo e 'meli ho latela sebopeho sa tsona sa lik'hemik'hale: k'habone{{0}lisebelisoa tse thehiloeng ho carbon{1}le tseo e seng tsa-khabone{2} Lisebelisuoa tsa khabone{{4}li ka aroloa hape ka lisebelisuoa tsa khabone ea graphic le lisebelisuoa tsa khabone ea amorphous. Thepa e seng{{6}khabone-e kenyelletsa silicon{{8}based, titanium{{9}based, le metal oxides tse fapaneng. Hajoale, lisebelisoa tse sebelisoang haholo 'marakeng li kenyelletsa mefuta e meraro:{11}lisebelisoa tse thehiloeng ho carbon{11}, lithium titanate (LiTisOi2), le lisebelisoa tsa motsoako oa carbon tse kenyelletsang silicon. Lisebelisoa tsa khabone{14}li ka aroloa hape ka graphite (ea tlhaho le ea maiketsetso ea graphite), carbon e bonolo, le hard carbon. Har'a lihlopha tsena, graphite ea maiketsetso e na le karolo e kholo ea 'maraka.
Lisebelisoa tsa anode tse kopaneng
lisebelisoa tsa carbon
Ho nts'etsopele ea libeteri tsa lithium-ion, mokhoa o mocha oa ho sebelisa lisebelisoa tsa khabone-ho nka sebaka sa metallic lithium kaha anode e tšoaea katleho e kholo theknolojing ena. Ho fihla hajoale, ha ho mofuta o mong oa lisebelisoa tsa anode o ka tsamaellanang le litšenyehelo tsa ona-katleho le tšebetso; ka hona, ho lebeletsoe hore lisebelisoa tse thehiloeng ho carbon{{4}e tla lula e le tsona khetho ea mantlha-likhoebong tse kholo ka nako e telele. Ho ipapisitsoe le boemo ba graphitization, khabone{7}lisebelisoa tse sebelisoang e le anode li ka aroloa ka mekhahlelo e meraro: graphite, carbon e bonolo, le hard carbon. Lisebelisuoa tsa khabone tseo e seng-ka graphite kaofela li na le tšekamelo ea ho fetoha graphite nakong ea{10}}ho sebetsa ha mocheso o phahameng; leha ho le joalo, lintho tse ling li na le monyetla oa phetoho ena 'me li hlalosoa e le k'habone e bonolo; athe tse thata ho phethela tšebetso li bitsoa hard carbon. Ka tloaelo, k'habone e bonolo e ka fumanoa lihlahisoa tse tala tse kang sekontiri sa mashala kapa petroleum pitch; ka lehlakoreng le leng, k'habone e thata hangata e entsoe ka likarolo tse kang phenolic resin kapa sucrose. Hajoale, e 'ngoe ea lithuto tse ithutoang haholo lefapheng la carbon e bonolo ke mesophase carbon microspheres. Ka bobeli lisebelisuoa tsa khabone tsa graphitic le tse seng-li na le melemo le mefokolo ea tsona ha li sebelisoa e le li-electrode tse nyahamisang ho libeteri tsa lithium{15}}ion. Ho latela sena, hangata bafuputsi ba sebelisa{17}karolo e fapaneng ho fetola le ho fetola bokaholimo ba lisebelisoa tsa khabone molemong oa ho ntlafatsa ts'ebetso ea bona.
Graphite, joalo ka thepa e nang le lera (Setšoantšo sa 5-}8), e na le sebopeho sa ka hare se nang le moralo oa hexagonal oa liathomo tse hlophisitsoeng ka sp2 hybrid state, e atolohang ka litekanyo tse peli. Ka har'a moalo o mong le o mong, liathomo tsa k'habone li etsa sebopeho se matla sa marang-rang se nang le sebaka sa carbon-carbon athomo ea 0.142 nm le matla a bond a 345 kJ/mol, a bonts'a botsitso bo matla haholo. Ka lehlakoreng le leng, liathomo tsa carbon pakeng tsa lihlopha tse fapaneng li hokahanngoa ke matla a fokolang a van der Waals, a nang le matla a ho sebelisana a 16.7 kJ/mol feela, a tsamaellanang le sebaka se lekantsoeng sa interplanar sa 0.3354 nm. Li-ion tsa lithium li ka kenngoa le ho ntšoa ka mokhoa o tsosolositsoeng pakeng tsa likarolo tse tšeletseng tsa carbon tsa graphite, ho etsa metsoako ea LiC6 ho boloka lithium. Nakong ea ts'ebetso ena, sebaka sa interlayer se fetoha haholo; bakeng sa LiC6, boleng bona bo fetoha 0.37 nm, ka hona ho fihlela bokhoni bo khethehileng ba 372 mA·h/g. Ho feta moo, conductivity e babatsehang ea graphite e thusa ho falla ka potlako ka har'a thepa. Leha ho le joalo, ha e sebelisoa e le lisebelisoa tse mpe tsa electrode, graphite e boetse e fana ka litšitiso tse ling: palo ea eona e tlaase ea lithium e kenyang / e ntšang voltage e ka lebisa ho holeng ha lithium dendrites nakong ea ho tjhaja kapa ho ntša. Hang ha li-dendrite tsena li kenella ka har'a karohano ea betri, li ka baka lipotoloho tse khutšoane tsa kahare, tse ka lebisang mollong kapa esita le ho phatloha, ho sokela polokeho ea betri.
Setšoantšo sa 5-8 Setšoantšo sa schematic sa sebopeho sa graphite layered
Graphite e arotsoe haholo ka mekhahlelo e 'meli: graphite ea tlhaho le graphite ea maiketsetso. Natural graphite, e khutsufalitsoeng e le NG (natural graphite), e bolela{{1}sesebelisuoa sa khabone se ntšitsoeng tlhahong le ho fumanoa ka mokhoa o bonolo oa ho sebetsa. E na le li-morphology tse peli tse fapaneng tsa sebopeho sa kristale: hexagonal le rhombic. Thepa ena ha e ngata feela libakeng tsa polokelo, empa hape e theko e tlase ebile e na le tikoloho. Leha ho le joalo, lits'ebetsong tsa betri ea lithium-ka lebaka la ho se be le kabo e leka-lekaneng ea tšebetso ea holim'a metsi le boholo ba lijo-thollo tsa phofo ea graphite ea tlhaho, sebopeho sa eona sa kristale sa bokaholimo se senyeha habonolo nakong ea ho hlakoloa-e leng se lebisang ho khaso e fapaneng ea filimi ea SEI le ho ama ts'ebetso ea mantlha ea coulombic le lebelo la betri. Ho hlola mathata ana, bafuputsi ba thehile mekhoa e fapaneng ea ho ntlafatsa thepa ea graphite ea tlhaho, joalo ka spheroidization, oxidation surface treatment, fluorination, and surface carbon coating, ka sepheo sa ho ntlafatsa litšobotsi tsa eona tsa bokaholimo le microstructure.
graphite ea maiketsetso e ka hlahisoa ke-mocheso o phahameng oa graphitization ea lisebelisoa tsa khabone tse graphitized habonolo. Mofuta ona oa lisebelisoa o sebelisoa haholo joalo ka anode libeteri tsa lithium-ion. Ha ho bapisoa le graphite ea tlhaho, graphite ea maiketsetso e na le melemo e mengata ea bophelo ba nako e telele,{4}}bokhoni ba ho boloka mocheso o phahameng-, le ts'ebetso e phahameng-e etsang hore e be e 'ngoe ea lisebelisoa tse ratoang tsa anode bakeng sa libeteri tsa lithium{6}} tse sebelisoang likoloing tse ncha tsa motlakase Chaena. Ka lebaka la boholo ba eona bo khethehileng le theko e tlase haholo, graphite ea maiketsetso e boetse e sebelisoa haholo libetering tsa motlakase le bohareng-ho{9}ho ea holimo{10}lihlahisoa tsa elektroniki tsa bareki. Lipalo-palo li bonts'a hore ka 2021, graphite ea maiketsetso e ile ea nka karolo ea 84% ea thepa eohle e romelloang ea anode.
Thepa e seng-ea khabone ea graphite e arotsoe ka mekhahlelo e 'meli: k'habone e thata le k'habone e bonolo. K'habone e thata e bolela mofuta oa thepa ea carbon eo ho leng thata ho e fetola sebopeho sa graphite esita le mocheso o phahameng haholo (ka holimo ho likhato tse 2800). Lisebelisoa tsena hangata li fumanoa ka pyrolyzing li-polymers tse itseng. Haholo-holo, mehloli e tloaelehileng ea khabone e thata e kenyelletsa li-resin carbons tse fapaneng (joalo ka li-resin tsa phenolic, polyfurfuryl alcohol resin PFA-C, le li-epoxy resin), k'habone e entsoeng ke pyrolysis ea li-polymers tse ikhethileng (joalo ka polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene fluoride (PVDF), le polyacryle blackle (lihlahisoa tsa polyacrylo) joalo ka acetyle black ace. Nakong ea ts'ebetso ea ho lokisa, palo e kholo ea liphoso tsa lattice li thehoa ka har'a carbon e thata, e lumellang li-ion tsa lithium hore li se ke tsa kenella pakeng tsa likhase tsa carbon empa hape le ho tlatsa libaka tsena tse nang le bokooa, kahoo li fana ka li-anode tse entsoeng ka thepa ena matla a phahameng a khethehileng (pakeng tsa 350 le 500 mA·b/g), e leng molemo haholo bakeng sa ho ntlafatsa bokhoni bohle ba libeteri tsa lithium{9} Leha ho le joalo, mefokolo e boletsoeng ka holimo ea lattice e boetse e lebisa katlehong e tlaase ea coulombic le botsitso bo fokolang ba potoloho ha carbon e thata e sebelisoa e le lisebelisoa tsa anode. Ho fihla hajoale, ka lebaka la mathata ana, hard carbon ha e so sebelisoe haholo libeteri tsa li-ion tsa lithium{12}}me ho ntse ho na le litšitiso pele e ka sebelisoa ka bongata.
Soft carbon e bua ka lisebelisoa tsa amorphous carbon tse graphiti habonolo tlas'a-maemo a mocheso o phahameng (ka holimo ho likhato tse 2800). Lisebelisoa tsena li kenyelletsa pitch, nale coke, petroleum coke le carbon fibers. Ka lebaka la boemo bo tlase ba graphitization ka carbon e bonolo, sebopeho sa eona se na le mefokolo e mengata, e lumellang hore e khone ho amohela li-ion tse ling tsa lithium; Ka nako e ts'oanang, sebaka se seholo sa li-interlayer se khothalletsa ho kenella ha electrolyte. Ka hona, ho itšetlehile ka litšoaneleho tsena, lisebelisoa tse bonolo tsa carbon li bontša bokhoni bo phahameng nakong ea ho tsoa ha pele. Leha ho le joalo, hantle-ntle ka lebaka la ho se tsitse ha sebōpeho sa eona, matla a eona a ke keng a khutlisoa le ’ona a batla a phahame. Ho feta moo, ho se tloaelehe ha sebopeho sa ka hare sa carbon e bonolo ho lebisa kabong ea matla e fapaneng ea libaka tse sebetsang tsa lithium-e leng se etsang hore ho be le khaello ea matla a motlakase nakong ea ho tjhaja le ho tsoa, e leng se fokotsang ts'ebeliso ea ona.
Titanium dioxide
Titanium dioxide (TiO2) e bontša bokhoni bo boholo e le sesebelisoa sa elektrode se fosahetseng bakeng sa libeteri tsa lithium-e seng feela ka lebaka la ho khonahala ha eona bakeng sa-tlhahiso e kholo le litšenyehelo tse tlase, empa hape hobane e bontša polokeho e ntle le botsitso ha motlakase o sebetsa oa 1.5V (e amanang le Li/Li). Ho feta moo, TiO2 e na le letoto la lisebelisoa tse tsotehang: ts'ebetso e phahameng ea electrochemical, matla a matla a oxidizing, botsitso bo botle ba lik'hemik'hale, lisebelisoa tse ngata tsa tlhaho le mefuta e sa tšoaneng ea kristale.
Melemo ena ka kopanelo e etsa hore TiO2 e be e 'ngoe ea khetho e nepahetseng ea li-electrode tse fosahetseng bakeng sa libeteri tsa lithium-ion (haholo-holo sebakeng sa likoloi tsa motlakase tse nyalisitsoeng).
Ka khopolo, boima ba yuniti e 'ngoe le e' ngoe ea TiO2 e ka boloka lithium ion e le 'ngoe, e tsamaellanang le matla a 330 mA·h/g, e leng hoo e batlang e le habeli matla a theory ea LiTiO2. Leha ho le joalo, ka ts'ebetso, ho fumanoe hore ho fihlela bokhoni bona ba ho boloka lithium ho thata haholo. Lintho tse ngata li susumetsa ho kenngoa ha lithium ion le katleho ea ho ntšoa ka titanium dioxide, ho kenyelletsa empa e sa lekanyetsoe ho kristale ea thepa, boholo ba likaroloana, litšobotsi tsa ka hare tsa sebopeho, le sebaka se itseng sa holim'a metsi. Ho bohlokoa ho elelloa hore TiO2 e teng ka mekhahlelo e fapaneng ea kristale, e tsebahalang haholo{{6}e leng mefuta ea rutile le anatase tsamaisong ea tetragonal crystal system, le mofuta oa brookite ho orthorhombic crystal system.