Grafit merupakan salah satu ahli keluarga karbon yang paling klasik. Ia telah lama mendominasi bahan anod bateri litium-ion. Ini disebabkan oleh kekonduksian terma dan kekonduksian elektriknya yang sangat baik. Grafit juga menawarkan rintangan suhu tinggi dan sifat pelincir. Ia telah disenaraikan sebagai bahan mentah kritikal oleh EU dan Amerika Syarikat. Australia dan rantau lain telah membuat klasifikasi strategik yang serupa. Daripada grafit kepingan semula jadi hingga grafit ketulenan tinggi, aplikasi terus berkembang. Grafit sfera dan grafit khusus meluaskan lagi nilai perindustriannya. Keluarga grafit menunjukkan fleksibiliti yang kukuh merentasi banyak industri. Bidang tipikal termasuk metalurgi, elektronik, bahan kimia dan aeroangkasa. Pemprosesan lanjutan, terutamanya grafit pengisaran ultrahalus, membolehkan aplikasi berprestasi tinggi ini.
Walau bagaimanapun, dengan pertumbuhan pesat kenderaan tenaga baharu dan sistem penyimpanan tenaga, kapasiti teori anod grafit konvensional (372 mAh/g) semakin menghampiri hadnya, menjadikannya sukar untuk memenuhi permintaan untuk bateri ketumpatan tenaga yang lebih tinggi. Oleh itu, bahan anod silikon-karbon telah muncul sebagai teknologi terobosan utama untuk mengatasi kesesakan ini.
Daripada grafit kepingan yang berlaku secara semula jadi dan grafit mikrokristalin kepada grafit tiruan, grafit ketulenan tinggi, grafit khusus, grafit sfera gred bateri dan grafena, sistem bahan grafit sentiasa berkembang ke arah ketulenan yang lebih tinggi, boleh dikawal saiz Zarah, tahap bendasing yang lebih rendah, dan konsistensi yang lebih tinggi. Evolusi ini tidak dapat dipisahkan daripada kemajuan dalam pengisaran ultrahalus grafit, pengelasan, dan pengubahsuaian permukaan teknologi.
Grafit Semula Jadi: Sumber Karbon Asas untuk Anod Silikon–Karbon
Grafit semula jadi ialah grafit galian terbentuk dalam alam semula jadi, dan ciri-ciri penghablurannya secara langsung menentukan laluan pemprosesan dan potensi aplikasinya. Secara industri, grafit semula jadi biasanya dikelaskan kepada grafit kristal dan grafit mikrokristalin.
Grafit Kristal (Grafit Kepingan dan Tumpat)
Grafit kepingan terdapat dalam kristal seperti plat atau daun, biasanya lebih besar daripada 1 μm. Ia mempamerkan kebolehapungan, pelinciran dan keplastikan yang sangat baik, menjadikannya bahan mentah pilihan untuk menghasilkan grafit sfera dan anod komposit silikon-karbon.
Dalam penyediaan bahan anod, grafit kepingan biasanya menjalani pembentukan mekanikal, pengisaran ultrahalus, pengelasan dan penulenan untuk mencapai taburan saiz zarah yang sesuai dan luas permukaan tertentu.
Grafit kristal (blok) padat secara amnya mengandungi karbon 60%–65%, dengan keplastikan dan pelinciran yang lebih rendah. Aplikasinya dalam anod bateri litium adalah terhad, dan ia digunakan terutamanya dalam bidang refraktori dan metalurgi tradisional.
Grafit Mikrokristalin
Grafit mikrokristalin terdiri daripada kristal yang sangat halus dan mempunyai penampilan yang kusam dan seperti tanah. Ia biasanya mempamerkan gred semula jadi yang tinggi, dengan beberapa mendapan melebihi karbon 90%. Dengan kemajuan dalam penulenan suhu tinggi dan pengilangan jet teknologi, grafit mikrokristalin semakin banyak digunakan dalam bahan tambahan konduktif dan karbon-salutan sistem untuk anod silikon-karbon.
Grafit Buatan dan Ketulenan Tinggi: Penstabil Prestasi untuk Anod Silikon-Karbon
Grafit buatan dihasilkan daripada kok petroleum dan kok pic sebagai agregat, dibentuk, dibakar dan digrafitkan pada suhu tinggi. Dengan strukturnya yang sangat terkawal dan ketulenan yang tinggi, ia merupakan bahan penting untuk anod bateri berkuasa tinggi.
Grafit Ketulenan Tinggi
Grafit ketulenan tinggi biasanya merujuk kepada grafit dengan kandungan karbon ≥99.9% (atau ≥99.99% dalam sesetengah aplikasi). Kelebihan utamanya termasuk:
- Kekonduksian elektrik yang tinggi dan rintangan dalaman yang rendah
- Cemerlang kimia kestabilan
- Kandungan bendasing dan ion logam yang sangat rendah
Dalam sistem anod silikon-karbon, grafit berketulenan tinggi sering digunakan sebagai rangka kerja konduktif atau sumber salutan karbon. Melalui pengisaran dan pengelasan yang tepat, saiz zarah dan morfologinya boleh dikawal dengan halus, membantu mengurangkan pengembangan isipadu silikon yang teruk.
Grafit Sfera: Tulang Belakang Struktur Anod Silikon-Karbon
Grafit sfera dihasilkan daripada grafit kepingan karbon tinggi melalui pembentukan mekanikal, pengisaran, pengelasan dan pengubahsuaian permukaan, membentuk zarah elipsoidal. Ia merupakan morfologi arus perdana untuk anod bateri litium-ion.
Silikon mempunyai kapasiti teori sehingga 4200 mAh/g—lebih sepuluh kali ganda daripada grafit—tetapi mengalami pengembangan isipadu sehingga 300% semasa kitaran, yang membawa kepada penghancuran zarah, pecahnya SEI berulang dan pereputan kapasiti yang cepat. Anod silikon-karbon menangani cabaran ini dengan menggabungkan nano-silikon (atau SiOx) dengan bahan karbon, terutamanya grafit.
Laluan penyediaan arus perdana untuk anod silikon-karbon termasuk:
- Pengilangan bola, di mana nano-silikon dicampur secara fizikal atau disalut pada grafit sfera atau buatan;
- Pemendapan wap kimia (CVD), di mana nano-silikon dimendapkan dalam matriks karbon berliang (selalunya grafit atau karbon keras), yang kini merupakan laluan perindustrian yang dominan.
Dalam proses ini, grafit sfera memainkan peranan penting. Bentuknya yang bulat, kebolehaliran yang baik, dan ketumpatan paip yang tinggi menjadikannya matriks komposit pilihan. Selepas pengubahsuaian permukaan, grafit sfera boleh membentuk struktur komposit teras-cangkerang atau berliang yang stabil dengan nano-silikon, sekali gus meningkatkan kebolehprosesan dan kestabilan kitaran dengan ketara.
Grafit berketulenan tinggi dan grafit yang dikembangkan juga digunakan secara meluas untuk membina rangkaian konduktif atau menyediakan penimbal isipadu, manakala anod silikon-karbon yang dipertingkatkan grafen telah menjadi tumpuan penyelidikan utama dalam beberapa tahun kebelakangan ini.
Grafena dan Grafit Terkembang: Penambah Fungsian dalam Sistem Silikon-Karbon
Grafena, yang terdiri daripada satu atau beberapa lapisan atom karbon, menawarkan kekonduksian elektrik dan kekuatan mekanikal yang luar biasa. Dalam anod silikon-karbon, grafen digunakan untuk membina rangkaian konduktif, meningkatkan keupayaan kadar dan hayat kitaran. Penyediaannya banyak bergantung pada pengisaran ultrahalus dan pengelupasan grafit berketulenan tinggi.
Grafit yang dikembangkan dan grafit fleksibel berfungsi sebagai bahan salutan atau penimbal karbon. Melalui pengembangan suhu tinggi dan mampatan mekanikal, ia membentuk struktur berliang yang berkesan menampung perubahan isipadu silikon.
Grafit Khusus dan Gred Nuklear: Asas untuk Peralatan Termaju dan Pembuatan Anod
Grafit khusus dan grafit gred nuklear mempunyai ketulenan, ketumpatan dan keseragaman struktur yang sangat tinggi. Ia digunakan secara meluas dalam:
- Reaktor salutan karbon untuk bahan silikon
- Lapisan untuk relau rawatan haba suhu tinggi
- Peralatan penggrafitan untuk pengeluaran anod silikon-karbon
Pembuatan mereka sangat bergantung pada penekanan isostatik, pengisaran ultrahalus dan penulenan suhu tinggi, dengan kawalan ketat ke atas saiz zarah dan kekotoran surih.
Peralatan Pengisaran: “Wira Di Sebalik Tabir” Pengeluaran Anod Silikon–Karbon
Prestasi anod silikon-karbon sangat bergantung pada keseragaman zarah dan kawalan struktur nano, menjadikan peralatan pengisaran sebagai komponen teras proses:
- Kilang bola bertenaga tinggiDigunakan untuk silikon bersaiz nano dan menggabungkannya secara seragam dengan grafit, membolehkan penyebaran atau salutan silikon melalui hentaman dan ricih yang kuat.
- Pengisar nano / kilang manikDigunakan secara meluas dalam proses basah untuk mengurangkan zarah silikon di bawah 50 nm sambil meminimumkan aglomerasi.
- Pengisaran digabungkan dengan pengeringan semburanBanyak proses lanjutan menyediakan buburan seragam terlebih dahulu melalui pengilangan bebola atau manik, diikuti dengan pengeringan semburan dan pengkarbonan untuk membentuk zarah komposit separa sfera.
Sistem pengisaran ini secara langsung menentukan taburan saiz zarah, luas permukaan tertentu, kecekapan coulomb awal, hayat kitaran dan prestasi kadar. Dengan peningkatan laluan berasaskan CVD, peralatan pengisaran semakin banyak digunakan untuk merekayasa rangka kerja karbon berliang dengan tepat untuk pemendapan silikon berikutnya.
Kesimpulan: Bedak Epik Memperkasakan Masa Depan Silikon-Karbon
Apabila anod silikon-karbon bergerak ke arah pengkomersialan berskala besar, kejuruteraan serbuk ketepatan menjadi faktor penentu. Epic Powder, dengan lebih 20 tahun pengalaman dalam pengisaran ultrahalus, pengelasan udara dan pengubahsuaian permukaan, menyediakan penyelesaian tersuai untuk bahan komposit grafit, silikon dan silikon-karbon. Melalui kilang bebola termaju, kilang jet, kilang pengelas dan sistem pengisaran-pengelasan bersepadu, Epic Powder membantu bahan bateri pengeluar mencapai kawalan zarah yang tepat, ketulenan tinggi dan prestasi yang konsisten—meletakkan asas yang kukuh untuk generasi bateri litium-ion berketumpatan tenaga tinggi yang seterusnya.
Adakah anda bersedia untuk mempercepatkan revolusi silikon-karbon?
"Terima kasih kerana membaca. Saya harap artikel saya membantu. Sila tinggalkan komen di bawah. Anda juga boleh menghubungi wakil pelanggan dalam talian Zelda untuk sebarang pertanyaan lanjut."
- Dihantar oleh Emily Chen