Grafit adalah salah satu anggota paling klasik dari keluarga karbon. Grafit telah lama mendominasi material anoda baterai lithium-ion. Hal ini disebabkan oleh konduktivitas termal dan konduktivitas listriknya yang sangat baik. Grafit juga menawarkan ketahanan suhu tinggi dan sifat pelumas. Grafit telah terdaftar sebagai bahan baku penting oleh Uni Eropa dan Amerika Serikat. Australia dan wilayah lain telah membuat klasifikasi strategis serupa. Dari grafit serpihan alami hingga grafit kemurnian tinggi, aplikasinya terus berkembang. Grafit bulat dan grafit khusus semakin memperluas nilai industrinya. Keluarga grafit menunjukkan keserbagunaan yang kuat di banyak industri. Bidang tipikal meliputi metalurgi, elektronik, kimia, dan kedirgantaraan. Pemrosesan tingkat lanjut, khususnya grafit... penggilingan sangat halus, memungkinkan aplikasi berkinerja tinggi ini.
Namun, dengan pesatnya pertumbuhan kendaraan energi baru dan sistem penyimpanan energi, kapasitas teoritis anoda grafit konvensional (372 mAh/g) mendekati batasnya, sehingga sulit untuk memenuhi permintaan baterai dengan kepadatan energi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, material anoda silikon-karbon telah muncul sebagai teknologi terobosan utama untuk mengatasi kendala ini.
Dari grafit serpihan alami dan grafit mikrokristalin hingga grafit buatan, grafit kemurnian tinggi, grafit khusus, grafit bulat kelas baterai, dan grafena, sistem material grafit terus berevolusi menuju kemurnian yang lebih tinggi dan terkontrol. ukuran partikel, tingkat pengotor yang lebih rendah, dan konsistensi yang lebih baik. Evolusi ini tidak terlepas dari kemajuan dalam penggilingan ultrahalus grafit, klasifikasi, Dan modifikasi permukaan teknologi.
Grafit Alami: Sumber Karbon Fundamental untuk Anoda Silikon-Karbon
Grafit alami adalah grafit mineral Terbentuk secara alami, dan karakteristik kristalisasinya secara langsung menentukan jalur pemrosesannya dan potensi aplikasinya. Secara industri, grafit alami biasanya diklasifikasikan menjadi grafit kristalin dan grafit mikrokristalin.
Grafit Kristal (Grafit Serpihan dan Grafit Padat)
Grafit serpihan terdapat dalam bentuk kristal seperti lempengan atau daun, biasanya berukuran lebih besar dari 1 μm. Grafit ini memiliki daya apung, pelumasan, dan plastisitas yang sangat baik, menjadikannya bahan baku pilihan untuk memproduksi anoda grafit bulat dan komposit silikon-karbon.
Dalam persiapan material anoda, grafit serpihan biasanya mengalami pembentukan mekanis, penggilingan ultrahalus, klasifikasi, dan pemurnian untuk mencapai distribusi ukuran partikel dan luas permukaan spesifik yang sesuai.
Grafit kristal padat (blok) umumnya mengandung karbon 60%–65%, dengan plastisitas dan pelumasan yang lebih rendah. Penerapannya pada anoda baterai litium terbatas, dan terutama digunakan di bidang refraktori dan metalurgi tradisional.
Grafit Mikrokristalin
Grafit mikrokristalin terdiri dari kristalit yang sangat halus dan memiliki tampilan kusam seperti tanah. Biasanya menunjukkan kadar alami yang tinggi, dengan beberapa endapan melebihi 90% karbon. Dengan kemajuan dalam pemurnian suhu tinggi dan penggilingan jet teknologi, grafit mikrokristalin semakin banyak digunakan dalam aditif konduktif dan karbon-lapisan sistem untuk anoda silikon-karbon.
Grafit Buatan dan Berkemurnian Tinggi: Penstabil Kinerja untuk Anoda Silikon-Karbon
Grafit buatan diproduksi dari kokas minyak bumi dan kokas aspal sebagai agregat, dibentuk, dipanggang, dan digrafitisasi pada suhu tinggi. Dengan struktur yang sangat mudah dikontrol dan kemurnian yang tinggi, grafit buatan merupakan material penting untuk anoda baterai daya kelas atas.
Grafit dengan Kemurnian Tinggi
Grafit dengan kemurnian tinggi biasanya merujuk pada grafit dengan kandungan karbon ≥99,9% (atau ≥99,99% dalam beberapa aplikasi). Keunggulan utamanya meliputi:
- Konduktivitas listrik tinggi dan resistansi internal rendah
- Bagus sekali bahan kimia stabilitas
- Kandungan pengotor dan ion logam yang sangat rendah
Dalam sistem anoda silikon-karbon, grafit dengan kemurnian tinggi sering digunakan sebagai kerangka konduktif atau sumber pelapis karbon. Melalui penggilingan dan klasifikasi yang tepat, ukuran dan morfologi partikelnya dapat dikontrol dengan baik, sehingga membantu mengurangi ekspansi volume silikon yang parah.
Grafit Bulat: Kerangka Struktural Anoda Silikon-Karbon
Grafit bulat diproduksi dari grafit serpihan berkadar karbon tinggi melalui pembentukan mekanis, penggilingan, klasifikasi, dan modifikasi permukaan, membentuk partikel elips. Ini adalah morfologi utama untuk anoda baterai ion litium.
Silikon memiliki kapasitas teoritis hingga 4200 mAh/g—lebih dari sepuluh kali lipat kapasitas grafit—tetapi mengalami ekspansi volume hingga 300% selama siklus pengisian dan pengosongan, yang menyebabkan penghancuran partikel, pecahnya lapisan SEI berulang, dan penurunan kapasitas yang cepat. Anoda silikon-karbon mengatasi tantangan ini dengan menggabungkan nano-silikon (atau SiOx) dengan material karbon, khususnya grafit.
Rute persiapan utama untuk anoda silikon-karbon meliputi:
- Penggilingan bola, di mana nano-silikon dicampur secara fisik atau dilapisi pada grafit berbentuk bola atau buatan;
- Deposisi uap kimia (CVD), di mana nano-silikon diendapkan di dalam matriks karbon berpori (seringkali grafit atau karbon keras), yang saat ini merupakan jalur industri yang dominan.
Dalam proses ini, grafit bulat memainkan peran penting. Bentuknya yang bulat, kemampuan mengalir yang baik, dan densitas curah yang tinggi menjadikannya matriks komposit yang disukai. Setelah modifikasi permukaan, grafit bulat dapat membentuk struktur komposit inti-cangkang atau berpori yang stabil dengan nano-silikon, secara signifikan meningkatkan kemampuan pemrosesan dan stabilitas siklus.
Grafit dengan kemurnian tinggi dan grafit yang diperluas juga banyak digunakan untuk membangun jaringan konduktif atau menyediakan penyangga volume, sementara anoda silikon-karbon yang ditingkatkan dengan graphene telah menjadi fokus penelitian utama dalam beberapa tahun terakhir.
Grafena dan Grafit yang Diperluas: Peningkat Fungsional dalam Sistem Silikon-Karbon
Grafena, yang tersusun dari satu atau beberapa lapisan atom karbon, menawarkan konduktivitas listrik dan kekuatan mekanik yang luar biasa. Pada anoda silikon-karbon, grafena digunakan untuk membangun jaringan konduktif, meningkatkan kemampuan laju dan umur siklus. Pembuatannya sangat bergantung pada penggilingan ultrahalus dan pengelupasan grafit dengan kemurnian tinggi.
Grafit yang diperluas dan grafit fleksibel berfungsi sebagai bahan pelapis atau penyangga karbon. Melalui ekspansi suhu tinggi dan kompresi mekanis, keduanya membentuk struktur berpori yang secara efektif mengakomodasi perubahan volume silikon.
Grafit Khusus dan Grafit Kelas Nuklir: Landasan untuk Peralatan Canggih dan Pembuatan Anoda
Grafit khusus dan grafit kelas nuklir memiliki kemurnian, kepadatan, dan keseragaman struktur yang sangat tinggi. Keduanya banyak digunakan dalam:
- Reaktor pelapis karbon untuk material silikon
- Pelapis untuk tungku perlakuan panas suhu tinggi
- Peralatan grafitisasi untuk produksi anoda silikon-karbon
Proses pembuatannya sangat bergantung pada pengepresan isostatik, penggilingan ultrahalus, dan pemurnian suhu tinggi, dengan kontrol ketat terhadap ukuran partikel dan pengotor dalam jumlah kecil.
Peralatan Penggilingan: "Pahlawan di Balik Layar" Produksi Anoda Silikon-Karbon
Performa anoda silikon-karbon sangat bergantung pada keseragaman partikel dan kontrol struktur skala nano, sehingga peralatan penggilingan menjadi komponen inti dari proses tersebut:
- Mesin penggiling bola berenergi tinggiDigunakan untuk membuat silikon berukuran nano dan menggabungkannya secara seragam dengan grafit, memungkinkan dispersi atau pelapisan silikon melalui benturan dan geser yang intens.
- Penggiling nano / penggiling manik-manikDigunakan secara luas dalam proses basah untuk mengurangi ukuran partikel silikon di bawah 50 nm sambil meminimalkan aglomerasi.
- Penggilingan dikombinasikan dengan pengeringan semprotBanyak proses canggih pertama-tama menyiapkan bubur seragam melalui penggilingan bola atau manik-manik, diikuti dengan pengeringan semprot dan karbonisasi untuk membentuk partikel komposit quasi-bola.
Sistem penggilingan ini secara langsung menentukan distribusi ukuran partikel, luas permukaan spesifik, efisiensi coulombic awal, umur siklus, dan kinerja laju. Dengan meningkatnya metode berbasis CVD, peralatan penggilingan semakin banyak digunakan untuk merekayasa kerangka karbon berpori secara presisi untuk deposisi silikon selanjutnya.
Kesimpulan: Bubuk Epik Memberdayakan Masa Depan Silikon-Karbon
Seiring dengan perkembangan anoda silikon-karbon menuju komersialisasi skala besar, rekayasa serbuk Ketelitian menjadi faktor penentu.. Epic Powder, dengan pengalaman lebih dari 20 tahun dalam penggilingan ultrahalus, klasifikasi udara, dan modifikasi permukaan, menyediakan solusi khusus untuk material grafit, silikon, dan komposit silikon-karbon. Melalui penggiling bola canggih, penggiling jet, penggiling pengklasifikasi, dan sistem penggilingan-klasifikasi terintegrasi, Epic Powder membantu bahan baterai Para produsen mencapai kontrol partikel yang presisi, kemurnian tinggi, dan kinerja yang konsisten—meletakkan fondasi yang kokoh untuk generasi berikutnya dari baterai lithium-ion berdensitas energi tinggi.
Apakah Anda siap mempercepat revolusi silikon-karbon?
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya bermanfaat. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa menghubungi perwakilan pelanggan Zelda online untuk pertanyaan lebih lanjut.
— Diposting oleh Emily Chen