Графіт — адзін з самых класічных прадстаўнікоў сямейства вугляродных матэрыялаў. Ён доўгі час дамінаваў сярод анодных матэрыялаў літый-іённых акумулятараў. Гэта звязана з яго выдатнай цеплаправоднасцю і электраправоднасцю. Графіт таксама валодае высокатэмпературнай устойлівасцю і змазвальнымі ўласцівасцямі. ЕС і ЗША ўнеслі яго ў спіс найважнейшай сыравіны. Аўстралія і іншыя рэгіёны распрацавалі падобныя стратэгічныя класіфікацыі. Ад натуральнага лускаватага графіту да графіту высокай чысціні — яго прымяненне працягвае пашырацца. Сферычны графіт і спецыяльны графіт яшчэ больш пашыраюць яго прамысловую каштоўнасць. Сямейства графіту дэманструе вялікую ўніверсальнасць у многіх галінах прамысловасці. Тыповыя вобласці ўключаюць металургію, электроніку, хімічную прамысловасць і аэракасмічную прамысловасць. Пашыраная апрацоўка, асабліва графіт. звыштонкага памолу, дазваляе выкарыстоўваць гэтыя высокапрадукцыйныя праграмы.
Аднак з хуткім ростам новых энергетычных транспартных сродкаў і сістэм назапашвання энергіі тэарэтычная ёмістасць звычайных графітавых анодаў (372 мАг/г) набліжаецца да сваёй мяжы, што ўскладняе задавальненне попыту на акумулятары з больш высокай шчыльнасцю энергіі. Таму крэмніева-вугляродныя анодныя матэрыялы сталі ключавой прарыўной тэхналогіяй для пераадолення гэтай праблемы.
Ад натуральнага лускаватага графіту і мікракрышталічнага графіту да штучнага графіту, графіту высокай чысціні, спецыяльнага графіту, сферычнага графіту для акумулятараў і графену — сістэма графітавых матэрыялаў пастаянна развіваецца ў напрамку больш высокай чысціні і кантраляванасці. памер часціц, меншы ўзровень прымешак і большая кансістэнцыя. Гэтая эвалюцыя неаддзельная ад дасягненняў у галіне ультратонкага драбнення графіту, класіфікацыя, і мадыфікацыя паверхні тэхналогіі.
Прыродны графіт: асноўная крыніца вугляроду для Крэмніева-вугляродныя аноды
Натуральны графіт — гэта графіт мінеральныя утвараецца ў прыродзе, а яго крышталізацыйныя характарыстыкі непасрэдна вызначаюць яго спосабы апрацоўкі і патэнцыял прымянення. У прамысловасці прыродны графіт звычайна класіфікуецца на крышталічны графіт і мікракрышталічны графіт.
Крышталічны графіт (пласціністы і шчыльны графіт)
Пласціністы графіт сустракаецца ў выглядзе пласціністых або лістападобных крышталяў, звычайна памерам больш за 1 мкм. Ён валодае выдатнай флотабельнасцю, змазвальнай здольнасцю і пластычнасцю, што робіць яго пераважнай сыравінай для вытворчасці сферычнага графіту і крэмніева-вугляродных кампазітных анодаў.
Пры падрыхтоўцы аноднага матэрыялу лускаваты графіт звычайна падвяргаецца механічнай фармаванню, ультратонкаму драбненню, класіфікацыі і ачыстцы для дасягнення адпаведнага размеркавання памераў часціц і ўдзельнай плошчы паверхні.
Шчыльны крышталічны (блочны) графіт звычайна ўтрымлівае вуглярод 60%–65%, які мае меншую пластычнасць і змазвальныя ўласцівасці. Яго прымяненне ў анодах літыевых батарэй абмежавана, і ён у асноўным выкарыстоўваецца ў традыцыйных вогнетрывалых і металургічных галінах.
Мікракрышталічны графіт
Мікракрышталічны графіт складаецца з надзвычай дробных крышталітаў і мае цьмяны, зямлісты выгляд. Звычайна ён мае высокую прыродную якасць, прычым некаторыя радовішчы перавышаюць 90% вугляроду. Дзякуючы дасягненням у галіне ачысткі пры высокай тэмпературы і струменевае фрэзераванне тэхналогіі, мікракрышталічны графіт усё часцей выкарыстоўваецца ў праводзячых дадатках і вугляродныхпакрыццё сістэмы для крэмніева-вугляродных анодаў.
Штучны графіт высокай чысціні: стабілізатары прадукцыйнасці для крэмніева-вугляродных анодаў
Штучны графіт вырабляецца з нафтавага коксу і пекавага коксу ў выглядзе агрэгатаў, фармуецца, абпальваецца і графітызуецца пры высокіх тэмпературах. Дзякуючы сваёй лёгка кантраляванай структуры і высокай чысціні, ён з'яўляецца неабходным матэрыялам для анодаў высокага класа магутных акумулятараў.
Графіт высокай чысціні
Высокачысты графіт звычайна азначае графіт з утрыманнем вугляроду ≥99,9% (або ≥99,99% у некаторых выпадках). Яго асноўныя перавагі ўключаюць:
- Высокая электраправоднасць і нізкае ўнутранае супраціўленне
- Выдатна хімічны стабільнасць
- Вельмі нізкае ўтрыманне прымешак і іонаў металаў
У крэмніева-вугляродных анодных сістэмах графіт высокай чысціні часта выкарыстоўваецца ў якасці праводнага каркаса або крыніцы вугляроднага пакрыцця. Дзякуючы дакладнаму драбненню і класіфікацыі можна дакладна кантраляваць памер і марфалогію яго часціц, што дапамагае змякчыць значнае пашырэнне аб'ёму крэмнію.
Сферычны графіт: структурная аснова крэмніева-вугляродных анодаў
Сферычны графіт вырабляецца з высокавугляродзістага лускаватага графіту шляхам механічнага фармавання, драбнення, класіфікацыі і мадыфікацыі паверхні, утвараючы эліпсоідныя часціцы. Гэта асноўная марфалогія для анодаў літый-іённых акумулятараў.
Тэарэтычная ёмістасць крэмнію дасягае 4200 мАг/г — больш чым у дзесяць разоў большая, чым у графіту, — але падчас цыклічнай зарадкі павялічваецца ў аб'ёме да 300%, што прыводзіць да драбнення часціц, паўторнага разрыву SEI і хуткага зніжэння ёмістасці. Крэмніева-вугляродныя аноды вырашаюць гэтую праблему шляхам кампазіцыі нанакрэмнію (або SiOx) з вугляроднымі матэрыяламі, асабліва графітам.
Асноўныя спосабы падрыхтоўкі крэмніева-вугляродных анодаў ўключаюць:
- Шаравы млын, дзе нанакрышталічны крэмній фізічна змешваецца або наносіцца на сферычны або штучны графіт;
- Хімічнае асаджэнне з паравой фазы (CVD), дзе нанакрэмній асядае ўнутры порыстых вугляродных матрыц (часта графіту або цвёрдага вугляроду), што ў цяперашні час з'яўляецца дамінуючым прамысловым шляхам.
У гэтых працэсах сферычны графіт адыгрывае ключавую ролю. Яго круглявая форма, добрая цякучасць і высокая шчыльнасць ушчыльнення робяць яго пераважнай кампазітнай матрыцай. Пасля мадыфікацыі паверхні сферычны графіт можа ўтвараць стабільныя структуры тыпу «ядро-абалонка» або сітаватыя кампазітныя структуры з нанакрэмніем, што значна паляпшае апрацоўвальнасць і цыклічную стабільнасць.
Высокачысты графіт і пашыраны графіт таксама шырока выкарыстоўваюцца для стварэння праводзячых сетак або забеспячэння буферызацыі аб'ёму, у той час як крэмніева-вугляродныя аноды, узбагачаныя графенам, сталі асноўным аб'ектам даследаванняў у апошнія гады.
Графен і пашыраны графіт: функцыянальныя ўзмацняльнікі ў крэмній-вугляродных сістэмах
Графен, які складаецца з аднаго або некалькіх слаёў атамаў вугляроду, валодае выключнай электраправоднасцю і механічнай трываласцю. У крэмніева-вугляродных анодах графен выкарыстоўваецца для стварэння праводных сетак, паляпшаючы хуткасць разрадкі і тэрмін службы. Яго падрыхтоўка ў значнай ступені залежыць ад ультратонкага драбнення і адслойвання графіту высокай чысціні.
Пашыраны графіт і гнуткі графіт служаць вугляроднымі пакрыццямі або буфернымі матэрыяламі. Дзякуючы пашырэнню пры высокай тэмпературы і механічнаму сцісканню яны ўтвараюць сітаватыя структуры, якія эфектыўна кампенсуюць змены аб'ёму крэмнію.
Графіт спецыяльнага і ядзернага класа: асновы для вытворчасці сучаснага абсталявання і анодаў
Спецыяльны графіт і графіт ядзернай якасці адрозніваюцца надзвычай высокай чысцінёй, шчыльнасцю і структурнай аднастайнасцю. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў:
- Рэактары для нанясення вугляродных пакрыццяў на крэмніевыя матэрыялы
- Футэроўка для высокатэмпературных печаў для тэрмічнай апрацоўкі
- Абсталяванне для графітызацыі вытворчасці крэмніевых-вугляродных анодаў
Іх вытворчасць у значнай ступені абапіраецца на ізастатычнае прэсаванне, ультратонкае памол і высокатэмпературную ачыстку са строгім кантролем памеру часціц і мікрапрымешак.
Шліфавальнае абсталяванне: “закулісны герой” вытворчасці крэмніевых анодаў
Прадукцыйнасць крэмніева-вугляродных анодаў моцна залежыць ад аднастайнасці часціц і нанамаштабнага структурнага кантролю, што робіць абсталяванне для драбнення асноўным кампанентам працэсу:
- Высокаэнергетычныя шаровыя млыныВыкарыстоўваецца для нанапамернага драбнення крэмнію і раўнамернага яго кампазітавання з графітам, што дазваляе дысперсію крэмнію або нанясенне пакрыццяў шляхам інтэнсіўнага ўдару і зруху.
- Нанашліфавальныя машыны / шарыкавыя млыныШырока ўжываецца ў мокрых працэсах для памяншэння памеру часціц крэмнію ніжэй за 50 нм, мінімізуючы пры гэтым агламерацыю.
- Дробленне ў спалучэнні з распыляльнай сушкайУ многіх перадавых працэсах спачатку падрыхтоўваюцца аднастайныя суспензіі з дапамогай шаровага або бісернага памолу, а затым праводзяцца распыляльная сушка і карбанізацыя для ўтварэння квазісферычных кампазітных часціц.
Гэтыя сістэмы драбнення непасрэдна вызначаюць размеркаванне памераў часціц, удзельную плошчу паверхні, пачатковую кулонаўскую эфектыўнасць, тэрмін службы цыклу і хуткасць апрацоўкі. З ростам папулярнасці метадаў CVD абсталяванне для драбнення ўсё часцей выкарыстоўваецца для дакладнага стварэння порыстых вугляродных каркасаў для наступнага нанясення крэмнію.
Выснова: Эпічны парашок Умацаванне крэмніева-вугляроднай будучыні
Па меры таго, як крэмніева-вугляродныя аноды рухаюцца да маштабнай камерцыялізацыі, парахавое машынабудаванне дакладнасць становіцца вырашальным фактарам. Кампанія Epic Powder, якая мае больш за 20 гадоў вопыту ў галіне ультратонкага драбнення, паветранай класіфікацыі і мадыфікацыі паверхні, прапануе індывідуальныя рашэнні для графітавых, крэмніевых і крэмніева-вугляродных кампазітных матэрыялаў. Дзякуючы перадавым шаравым млынам, струменевым млынам, класіфікацыйным млынам і інтэграваным сістэмам драбнення і класіфікацыі, Epic Powder дапамагае... матэрыял батарэі вытворцы дасягаюць дакладнага кантролю часціц, высокай чысціні і стабільнай прадукцыйнасці, што закладвае трывалую аснову для наступнага пакалення літый-іённых акумулятараў з высокай шчыльнасцю энергіі.
Ці гатовыя вы паскорыць крэмніева-вугляродную рэвалюцыю?
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн