नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री का बुनियादी ज्ञान - ग्रेफाइट सामग्री

नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री का बुनियादी ज्ञान - ग्रेफाइट सामग्री
ग्रेफाइट लिथियम-आयन बैटरी में उपयोग किए जाने वाले शुरुआती कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में से एक है। इसमें अच्छी चालकता, उच्च क्रिस्टलीयता और एक अच्छी स्तरित संरचना है। यह लिथियम-ग्राफाइट इंटरलेयर यौगिकों को बनाने के लिए लिथियम आयनों के सम्मिलन/निष्कर्षण के लिए बहुत उपयुक्त है। चार्ज-डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता 300ma-h/g से अधिक तक पहुंच सकती है, चार्ज-डिस्चार्ज दक्षता 90%से अधिक है, और अपरिवर्तनीय क्षमता 50mA • H/G से कम है। ग्रेफाइट में लिथियम निष्कर्षण प्रतिक्रिया लगभग 0 ~ 0.25V (बनाम ली+/ली) पर होती है। इसमें एक अच्छा चार्ज-डिस्चार्ज संभावित प्लेटफ़ॉर्म है और यह LIMN2O4 सहित कई सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री से मेल खा सकता है। बैटरी का औसत आउटपुट वोल्टेज अधिक है। यह वर्तमान में लिथियम-आयन बैटरी के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री है। ग्रेफाइट हेक्सागोनल क्रिस्टल सिस्टम से संबंधित है। इसके क्रिस्टल हेक्सागोनल मेष विमानों से बने होते हैं जो कार्बन परमाणुओं से बने होते हैं और नियमित रूप से स्टैक किए जाते हैं। इसकी एक स्तरित संरचना है।
प्रत्येक परत में, कार्बन परमाणुओं को एक हेक्सागोन में व्यवस्थित किया जाता है, और प्रत्येक कार्बन परमाणु को एक एसपी 2 हाइब्रिड ऑर्बिटल के साथ तीन आसन्न कार्बन परमाणुओं के लिए सहसंयोजक रूप से बंधा होता है, और शेष पी ऑर्बिटल रूप में इलेक्ट्रॉनों को डेलोकलाइज्ड बॉन्ड्स। वर्तमान में, बाजार पर ग्रेफाइट-आधारित कार्बन सामग्री में मुख्य रूप से निम्नलिखित श्रेणियां शामिल हैं: अत्यधिक ग्राफिटाइज्ड मेसोफेज़ कार्बन माइक्रोबाइड्स (एमसीएमबी), ग्राफिटाइज्ड फाइबर, आर्टिफिशियल ग्रेफाइट और प्राकृतिक ग्रेफाइट।

MCMB में एक गोलाकार समग्र आकार, एक उच्च स्टैकिंग घनत्व, एक उच्च आदेशित परत स्टैकिंग संरचना, और प्रति यूनिट मात्रा में अपेक्षाकृत बड़ी लिथियम एम्बेडिंग क्षमता है। यह पहली बार जापान के ओसाका गैस कंपनी द्वारा विकसित और निर्मित किया गया था और इसका उपयोग लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में किया जाता है। MCMB में एक चिकनी सतह और एक छोटी विशिष्ट सतह क्षेत्र है, जो चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोड सीमा प्रतिक्रियाओं की घटना को कम कर सकता है, जिससे पहली चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान क्षमता हानि कम हो जाती है; इसके अलावा, छोटी गेंद में एक लैमेलर संरचना होती है, जो गेंद के सभी दिशाओं से लिथियम आयनों के एम्बेडिंग और डी-एम्बेडिंग के लिए अनुकूल है, ग्रेफाइट सामग्री के अत्यधिक अनिसोट्रॉपी के कारण होने वाली ग्रेफाइट शीट की सूजन और पतन को कम करता है, और इस तरह एक निश्चित तेज और उच्च वर्तमान चार्जिंग और डिस्चार्जिंग क्षमता है। अत्यधिक ग्राफिटाइज्ड MCMB कोयला टार पिच कार्बनिक पदार्थ को थर्मल पॉलीकंडेनसेशन के अधीन करके मेसोफेज़ कार्बन बॉल्स प्राप्त करने के लिए प्राप्त किया जाता है, जो तब विलायक निष्कर्षण और अन्य तरीकों से शुद्ध होते हैं और फिर गर्मी का इलाज किया जाता है। लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में, MCMB गर्मी उपचार के तापमान और समय के कारण अपने लिथियम सम्मिलन प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव डालता है। MCMB मुख्य नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों में से एक है जो वर्तमान में लंबे समय से जीवन की छोटी लिथियम आयन बैटरी और पावर बैटरी में उपयोग की जाती है, लेकिन इसकी मुख्य समस्याएं कम विशिष्ट क्षमता और उच्च कीमत हैं।

MCMB के अलावा, ग्राफिटिज़ेबल कार्बन से बने कृत्रिम ग्रेफाइट के अन्य रूप हैं। वाष्प-डिपोज़िटेड ग्रेफाइट फाइबर एक ट्यूबलर खोखले संरचना के साथ एक ग्राफिटाइज्ड फाइबर सामग्री है। लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में, इसमें 320ma-h/g से अधिक की डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता और 93%की प्रारंभिक चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता है। अन्य कार्बन या ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की तुलना में, वाष्प-डिपोज़िटेड ग्रेफाइट फाइबर का उपयोग करके लिथियम-आयन बैटरी के रूप में नकारात्मक इलेक्ट्रोड में अधिक उत्कृष्ट बड़े वर्तमान डिस्चार्ज प्रदर्शन और कम तापमान डिस्चार्ज प्रदर्शन, और लंबे समय तक चक्र जीवन है। हालांकि, गैस-चरण जमा की गई ग्रेफाइट फाइबर सामग्री और उच्च सामग्री लागत की जटिल तैयारी प्रक्रिया के कारण, लिथियम-आयन बैटरी में इसका बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग कुछ प्रतिबंधों के अधीन है। डोपिंग, संरचनात्मक समायोजन या आसानी से ग्राफिटाइज्ड कार्बन जैसे कि पेट्रोलियम कोक और उच्च तापमान ग्राफिटाइजेशन उपचार के सतह संशोधन द्वारा तैयार कृत्रिम ग्रेफाइट में अच्छा चक्र प्रदर्शन और एमसीएमबी की तुलना में कम कीमत है। वर्तमान में, जापान और अन्य देशों ने वास्तविक उत्पादन और उपयोग शुरू कर दिया है। एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में ग्रेफाइट के कई नुकसान भी हैं, जैसे: एसईआई फिल्म चार्ज और डिस्चार्ज चक्र के दौरान बनती है, जिससे मैट्रिक्स विस्तार और क्षमता हानि होती है, जबकि ग्रेफाइट परत को छीलने और जीवन को कम करने के लिए; ग्रेफाइट सामग्री में पीसी विलायक के साथ खराब संगतता है; ली* को केवल फ्लेक सीमा से एम्बेडेड और निकाला जा सकता है, और छोटे एम्बेडिंग/एक्सट्रैक्शन रिएक्शन एरिया और लंबे प्रसार पथ के कारण, यह बड़े वर्तमान चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के लिए उपयुक्त नहीं है; ग्रेफाइट हीट ट्रीटमेंट तापमान को आमतौर पर 2000C से ऊपर होना चाहिए, जिससे उत्पादन लागत बढ़ जाती है; जब क्षमता 0V या उससे कम तक पहुंचती है, तो मेटालिक लिथियम को ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड पर जमा किया जा सकता है। अनमॉडिफाइड ग्रेफाइट के उपरोक्त नुकसान के कारण, संशोधित ग्रेफाइट का व्यापक रूप से अभ्यास में उपयोग किया जाता है। उनमें से, सतह कोटिंग, रासायनिक संशोधन और गोलाकार वर्तमान में मुख्य उपचार विधियां हैं। सतह कोटिंग में कार्बनिक कोटिंग और अकार्बनिक कोटिंग शामिल हैं, और रासायनिक संशोधन में मुख्य रूप से ऑक्सीकरण, कमी और सतह रासायनिक संशोधन शामिल हैं।