O material do ânodo é um componente essencial das baterias de íons de lítio. Ele determina o desempenho da taxa de transferência das baterias de íons de lítio. Também afeta a eficiência inicial de carga-descarga e a estabilidade do ciclo. Os ânodos de grafite natural são feitos de grafite em flocos natural. O processo inclui esmagamento, esferoidização, classificando, purificação e modificação de superfície. São de baixo custo, abundantes, seguros e atóxicos. Também oferecem boa condutividade elétrica. Entre eles, o grafite esférico apresenta as vantagens de boa condutividade, alta cristalinidade, baixo custo, etc. Também possui as características de baixo potencial de carga e descarga, longo ciclo de vida e proteção ambiental sustentável. Gradualmente, tornou-se um produto substituto para materiais de eletrodo negativo usados na produção de baterias de íons de lítio. Compreendendo os principais fatores que influenciam a morfologia das partículas durante preparação de grafite esférica é essencial para otimizar o processo de preparação e obter grafite esférico de alta qualidade.
Por que usar grafite esférico
A grafite natural possui boa condutividade, alta cristalinidade e boa estrutura em camadas. Atualmente, é o material de eletrodo negativo mais utilizado para baterias de íons de lítio. Os eletrodos negativos de grafite geralmente utilizam grafite em flocos natural, mas apresentam as seguintes desvantagens:
- O pó de grafite em flocos tem uma grande área de superfície específica, o que tem grande influência na carga inicial e na eficiência de descarga do eletrodo negativo.
- A estrutura em camadas do grafite permite que o Li⁺ entre apenas pela borda e se difunda para dentro.
Devido à anisotropia do grafite em flocos, a difusão do Li⁺ é longa e irregular, resultando em menor capacidade. - O pequeno espaçamento entre camadas da grafite aumenta a resistência à difusão do Li⁺ e resulta em baixo desempenho de taxa. Durante o carregamento rápido, o Li⁺ tende a se depositar na superfície, formando dendritos e representando riscos à segurança.
Para resolver esses problemas, a grafite precisa ser modificada para otimizar o desempenho do ânodo. Um método fundamental é a esferificação. A grafite natural esférica possui menor área superficial e maior densidade de compactação. Isso leva a uma maior eficiência coulômbica inicial, maior capacidade reversível e melhor estabilidade do ciclo.
Como obter grafite esférico
A grafite esférica é normalmente produzida a partir de flocos de grafite natural de alta qualidade e alto teor de carbono. Técnicas avançadas de processamento modificam a superfície para criar grafite elíptica, esférica, com finura variável.
A grafite esférica é produzida pela moagem mecânica de flocos de grafite natural em tamanhos de partículas adequados, utilizando um moinho tipo favo de mel. Em seguida, o fluxo de ar do moinho arredonda as bordas, formando formas elípticas ou quase esféricas. Um classificador separa as partículas esféricas dos pós finos que se desprendem durante o arredondamento, resultando em grafite esférica com distribuição normal.
In addition to natural flake graphite, researchers have developed artificial spherical graphite. For example, graphite electrode cutting waste—after clean processing—is used as raw material. A novel wet-phase pressurized coating–granulation method, combined with box furnace carbonization, enables low-cost, high-quality, eco-friendly production. This process yields artificial spherical graphite anodes with a core–shell structure.
Conclusão
In summary, the preparation of spherical graphite with desirable particle morphology is a complex process influenced by multiple factors. The characteristics of the graphite raw material, including its crystal structure and purity, lay the foundation for the final particle shape. The preparation process parameters, such as grinding method, time, and intensity, heat treatment temperature, heating rate, holding time, and chemical treatment with oxidizing agents and surfactants, all interact to determine the morphology of the spherical graphite particles. By carefully controlling these key factors, it is possible to optimize the preparation process and produce high – quality spherical graphite with the desired particle morphology for various applications, particularly in the rapidly developing field of lithium – ion batteries.
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