◆Umi mba’e ánodo rehegua aleación-tipo rehegua
◆Conversión-tipo materiales ánodo rehegua
◆Umi mba’e ojeporúva ánodo metal litio rehegua
Pe proceso de carga-pe peumi batería iones de litio-, pe material electrodo negativo rehegua oguereko peteĩ tembiapo iñimportantetereíva ogueraha hagua ion ha electron litio rehegua, ha iñimportanteterei oñeñongatu ha ojepoi hagua energía. Ojehechávo costo, ko'ã material oreko 5% ha 15% costo total fabricación batería ha ojehecha peteîva umi materia prima clave indispensable producción batería iones de litio-. Pe material electrodo positivo-icha, pe material electrodo negativo oguereko peteĩ tembiapo iñimportantetereíva omokyre'ỹvo tecnología batería iones de litio-oñemotenonde. Ko’ã arýpe, ojejerurévo ohóvo batería rendimiento oñemyatyrõ haguã-específicamente, ojehekávo densidad energética yvateve, densidad de potencia ha estabilidad ha seguridad ciclo iporãvéva-umi investigador ojesareko tuicha material electrodo negativo rehe, peteĩva umi componente núcleo litio-ion rehegua
umi batería rehegua. Peteĩ material electrodo negativo ideal oguerekova’erã ko’ã característica:
(1) Ijyvate, oñemohenda heta Li ikatuháicha ooptimiza hagua capacidad específica.
(2) Potencial redox michĩva umi reacción inserción ha extracción ion de litio rehegua, oipytyvôva ojehupyty hagua petet tensión salida batería rehegua yvateve.
3) Conductividad electrónica ha iónica iporãva.
4) Ndojehe'ái umi disolvente electrolito-pe ha ndorreaccionái umi juky litio rehegua ndive. (5) Estabilidad química iporãitereíva carga ha descarga rire, rendimiento seguridad yvate ha ciclo vida útil, ha tasa auto-descarga ijyvate.
6) Ndahepýi, heta mbaʼe orekóva ha ndoikói tekoháre.
Umi mba e ánodo rehegua ikatu oñemboja o mokôi categoría tenondeguápe oñemopyendáva icomposición química rehe: umi mba e oguerekóva base carbono- ha umi mba e ndaha éiva-carbono-. Umi mba'e oguerekóva carbono- ikatu oñemboja'ove umi mba'e carbono grafítico ha umi mba'e carbono amorfo-pe. Umi mba'e ndaha'éiva-carbono-oñemopyendáva apytépe oĩ silicio-pyre, titanio-ha ha opaichagua óxido metal rehegua. Ko'ágã, umi material ánodo ojeporúva hetavéva mercado-pe oike principalmente mbohapy tipo: materiales basados en carbono-, titanato de litio (LiTisOi2), ha materiales compuestos carbono omoingéva silicio. Umi mba'e oguerekóva carbono- ikatu oñemboja'ove grafito (grafito natural ha artificial), carbono blando ha carbono duro-pe. Ko'ã categoría apytépe, grafito artificial oreko tuichavéva cuota de mercado.
Umi material ánodo rehegua oñembohapéva
umi material carbono rehegua
Ojejapo jave batería iones de litio-, pe mba'e pyahu ojeporúvo umi mba'e oguerekóva base carbono- omyengovia haguã litio metálico ánodo ramo ohechauka tuicha mba'e ko tecnología-pe. Ko’áĝa peve, ndaipóri ambueichagua material ánodo rehegua ikatúva ombojoja hepykue-efectividad ha rendimiento; upévare oñeha’arõ umi mba’e oguerekóva carbono- opyta jeporavo tenondegua ramo umi aplicación comercial tuicha-escala-pe g̃uarã peteĩ periodo considerable aja. Oñemopyendáva grado de grafitización rehe, umi mba e ojeporúva ánodo ramo ikatu oñemboja o mbohapy hendápe: grafito, carbono blando ha carbono duro. Umi mba e carbono ndaha éiva-grafito rehegua opavave ohechauka tendencia oñemoambuévo grafito-pe oñemboguata jave temperatura yvate-; jepémo upéicha, oĩ sustancia oñemomba'eveva ko ñemoambue rehe ha ojedefini carbono suave ramo; umi hasýva katu oñembopaha hagua pe proceso oñembohéra carbono duro. Jepiveguáicha, carbono blando ikatu ojehupyty materia prima-gui ha'eháicha alquitrán de carbón térã pitch petróleo; katu, carbono duro oñesintetiza hetave umi componente-gui ha'éva resina fenólica térã sacarosa. Ko'ágã, peteĩva umi mba'e oñehesa'ỹijovéva carbono blando rehegua ha'e umi microesfera carbono mesofase rehegua. Umi mba e carbono rehegua gráfico ha ndaha éiva -gráfico oguereko mbaꞌeporã ha mbaꞌe vai ojeporúramo electrodo negativo ramo umi batería iones de litio-}-pe. Oñemopyendáva ko'ã mba'ére, umi investigador oipuru jepi opaichagua sub-segmento omoambue ha omoambue haguã ko'ã material carbono superficie ikatu haguã omoporãve hembiapo.
Grafito, material capado ramo (Ta anga 5-8), oguereko petet estructura hyepypegua oguerekóva petet marco hexagonal átomo rehegua oñemohendava estado híbrido sp2-pe, ojepysóva mokõi dimensiónpe. Káda capa ryepýpe, umi átomo carbono ojapo peteĩ estructura rejilla hexagonal robusto orekóva distancia átomo carbono-carbono 0,142 nm ha energía de enlace 345 kJ/mol, ohechaukáva estabilidad imbaretetereíva. Ojoavy, umi átomo carbono rehegua opaichagua capa apytépe oñembojoaju fuerza van der Waals ikangyvéva rupive, oguerekóva energía interacción 16,7 kJ/mol añónte, okorrespondéva espaciado interplanar oñemediva 0,3354 nm. Umi ion litio rehegua ikatu ohasa inserción ha extracción reversible umi seis capas de carbono grafito apytépe, omoheñóivo compuesto LiC6 oñongatu hagua litio. Ko proceso aja, tuicha iñambue espaciado intercapas; LiC6-pe g̃uarã, ko valorgui oiko 0,37 nm, upéicha ojehupyty peteĩ capacidad específica máxima teórica 372 mA·h/g. Avei, grafito conductividad iporãitereíva ombohape migración pya e electron rehegua pe material ryepýpe. Ha katu ojeporúramo material electrodo negativo ramo, grafito opresenta avei algunos inconvenientes: pe meseta tensión inserción/extracción de litio rehegua relativamente ijyvatéva ikatu ogueru dendrita de litio okakuaa hagua carga téra descarga aja. Ko'ã dendrita oike rire separador de batería-pe, ikatu ojapo cortocircuito interno, ikatúva ogueru tatarendy térã explosión jepe, oamenasa seguridad batería-pe.
Figura 5-8 Diagrama esquemático estructura capas de grafito rehegua
Grafito oñemboja'ove mokõi hendápe: grafito natural ha grafito artificial. Grafito natural, oñembombykyva NG (grafito natural), oñe'ẽ peteĩ material de carbono yvate-o ojeipe'áva tekohágui ha ojehupytýva procesamiento simple rupive. Oguereko mokõi morfología iñambuéva estructura cristalina capada rehegua: hexagonal ha rómbico. Ko material ndaha'éi hetaiterei reserva-pe añónte, sino avei imbovy costo ha ambientalmente amigable. Ha katu, umi aplicación batería iones de litio--pe, pe distribución desigual actividad superficial ha grano tuicha rupi umi partícula polvo grafito natural rehegua, ijestructura cristalina superficial oñembyai fácilmente umi ciclo de descarga jave carga-, upéva ogueru cobertura película SEI desigual ha ohypýiva batería eficiencia coulombica ñepyrũrã ha rendimiento tasa rehegua. Ojesupera haguã ko'ã apañuãi, umi investigador omoheñói opáichagua técnica omohenda porã haguã propiedad grafito natural, ha'eháicha esferoidización, tratamiento superficial oxidación, fluoración ha revestimiento superficial carbono, hembipotápe omohenda porã característica superficial ha microestructura.
Grafito artificial ikatu ojejapo grafitización temperatura yvate-temperatura rupive umi material carbono rehegua ojegrafitáva ndahasýiva. Ko aichagua mba e ojepuru heta mba e ánodo ramo umi batería iones de litio--pe. Oñembojojávo grafito natural rehe, grafito artificial ohechauka tuicha mba'e porã ciclo pukukue, capacidad de almacenamiento temperatura yvate-ha ha rendimiento yvate-tasa, upévare ha'e peteĩva umi material ánodo ojeiporavóva batería iones de litio- ojeporúva mba'yrumýi energía pyahúpe China-pe. Tuicha rupi ikatupyry específica ha hepyeterei rupi, grafito artificial ojepuru heta avei umi batería mbarete rehegua ha umi producto electrónica de consumo mbyte guive{9}}yvate peve-final-pe. Estadística ohechauka ary 2021-pe, grafito artificial oreko 84% opavave envío material ánodo rehegua.
Umi mba'e carbono ndaha'éiva-grafito oñemboja'o tenonderãite mokõi hendápe: carbono duro ha carbono blando. Carbón hatã he'ise peteĩichagua mba'e carbono rehegua hasýva oñemoambue hag̃ua peteĩ estructura grafito-pe jepeve temperatura yvatetereívape (2800 grado ári). Ko ã mba e ojehupyty jepi ojepiroliza rupi ciertos polímeros. Específicamente, umi fuente común carbono duro rehegua ha e opaichagua carbono resina rehegua (ha eháicha resina fenólica, resina alcohol polifurfurilo PFA-C, ha resina epoxi), carbono ojejapóva pirólisis polímero específico rupive (ha eháicha alcohol polivinilideno (PVA), fluoruro de polivinilideno (PVDF), ha poliacrilonitrilo (PAN), ha umi producto carbono negro ha eháicha acetileno morotĩ). Pe proceso de preparación aja, hetaiterei defecto rejilla rehegua oñeforma pe carbono duro ryepýpe, upéva rupive umi iones de litio ndaha éi oñeintercala capas de carbono apytépe añónte sino avei omyenyhẽ ko a región defecto rehegua, upéicha ome e umi ánodo ojejapóva ko materialgui peteĩ capacidad específica yvate (350 ha 500 mA·b/g mbytépe), ha upéva iporãiterei oñemyatyrõ haguã capacidad general de umi batería iones de litio-. Ha katu umi defecto rejilla rehegua oje e va ekue avei ogueru eficiencia coulombica ñepyrũrã michĩva ha estabilidad ciclo rehegua ivaíva ojeporúramo carbono duro material ánodo ramo. Ko'ãga peve, ko'ã apañuãi rupi, carbono duro ndojepuruguasúi umi batería de iones de litio- ojejapóva ñemuhápe, ha oĩ gueteri umi mba'e ojokóva ikatu mboyve ojeporu tuicha escala-pe.
Carbón suave oñe'ẽ umi mba'e carbono amorfo rehe oñembohapéva pya'e umi condición temperatura yvate--pe (2800 grado ári). Ko'ã material oime pitch, coque de aguja, coque de petróleo ha fibras de carbono. Pe nivel de grafitización michĩgui carbono blando-pe, ijestructura oguereko heta defecto, ohejáva chupe oñemohenda reversiblemente hetave ion litio rehegua; simultáneamente, pe espaciado intercapas tuichavéva omokyre'ÿ penetración electrolito. Upévare, oñemopyendáva ko'ã característica, umi material carbono blando ohechauka capacidad yvate descarga inicial jave. Ha katu, precisamente inestabilidad estructural oguerekógui, capacidad irreversible avei yvate. Avei, irregularidad estructura interna carbono blando rehegua ogueru distribución energía iñambuéva umi sitio activo iones de litio-, pévagui ndaipóri meseta de tensión definido carga ha descarga jave, péva omombyte aplicación práctica.
Dióxido de titanio rehegua
Dióxido de titanio (TiO2) ohechauka tuicha potencial material electrodo negativo ramo umi batería iones de litio--pe guarã, ndaha'éi factibilidad orekóva producción tuicha-escala ha costo imbovymínte, sino avei ohechaukágui seguridad ha estabilidad iporãitereíva tensión de funcionamiento 1,5V (relativa Li/Li ndive). Avei, TiO2 oguereko peteĩ serie de propiedades hechapyrãva: actividad electroquímica yvate, potencia oxidante mbarete, estabilidad química iporãva, hetaiterei recurso natural ha opaichagua estructura cristalina.
Ko'ã ventaja colectivamente ojapo TiO2 peteîva umi material electrodo negativo ideal ojeporavóva batería iones de litio--pe guarã (ko'ýte ámbito mba'yrumýi eléctrico híbrido-pe).
Teóricamente, petet masa unitaria TiO2 rehegua ikatu oñongatu petet ion litio rehegua, okorrespondéva petet capacidad 330 mA·h/g, ha e haimete doble capacidad teórica LiTiO2 rehegua. Ha katu, práctica-pe, ojejuhu ojehupyty haguã ko capacidad máxima teórica almacenamiento de litio hasyeterei. Heta mba e oinflui pe eficiencia inserción ha extracción ion de litio rehegua dióxido de titanio-pe, umíva apytépe ha katu noñelimitái pe material cristalinidad, partícula tuichakue, característica estructural interna ha área superficial específica. Iporã jaikuaa TiO2 oĩha opaichagua fase cristalina-pe, ojekuaavéva-ha'e umi tipo rutilo ha anatasa sistema cristalina tetragonal-pe, ha tipo brokita sistema cristalina ortorrómbico-pe.