리튬전지 음극재와 미래
리튬이온전지는 이차전지로 크게 양극, 음극, 전해질, 분리막, 집전체의 다섯 부분으로 구성된다.
양극 및 음극 재료의 주요 기능은 리튬 이온을 보다 자유롭게 추출/삽입하여 충전 및 방전 기능을 실현하는 것입니다.
충전 과정에서 리튬 이온은 양극 물질에서 추출되고 전해질을 통해 해당 음극 물질에 삽입됩니다. 동시에 전자는 외부 회로를 통해 양극에서 흘러 나와 음극으로 흐릅니다.
리튬전지가 방전되면 음극에서 리튬이온이 빠져나와 전해질을 통해 양극재에 재매입된다. 동시에 전자는 외부 회로를 통해 음극에서 양극으로 흐릅니다.
리튬전지의 음극재란?
음극 물질은 배터리 충전 과정에서 리튬 이온과 전자의 운반체이며 에너지 저장 및 방출 역할을 합니다. 리튬 이온 배터리의 성능을 결정하는 핵심 요소 중 하나이며 전원 배터리 안전의 생명선입니다.
이상적인 음극재는 최소한 다음 7가지 조건을 갖추어야 합니다.
1. 화학 전위가 낮아 양극 물질과 큰 전위차를 형성하여 고전력 배터리를 얻습니다.
2. 비주기 용량이 더 높아야 합니다.
3. Li+는 음극 물질에 쉽게 삽입 및 추출되어야 하고 쿨롱 효율이 높아 Li{2}} 추출 과정에서 비교적 안정적인 충방전 전압이 있을 수 있습니다.
4. 좋은 전자 전도도 및 이온 전도도;
5. 안정성이 좋고 전해질과 어느 정도 상용성이 있습니다.
7. 재료의 출처는 자원이 풍부하고 가격이 저렴하며 제조 공정이 단순해야 합니다. 안전하고 친환경적이며 무공해.
위와 같은 조건을 만족하는 음극재는 현재 기본적으로 존재하지 않기 때문에 에너지 밀도가 높고 안전성이 우수하며 가격이 저렴하며 쉽게 구할 수 있는 음극재에 대한 연구가 시급한 과제로 대두되고 있으며 이는 국내에서도 화두입니다. 이 단계에서 리튬 배터리 연구 분야.
리튬전지 음극재의 탐색과 미래
그래핀/인산지르코늄(ZrP) 복합재료는 리튬전지의 음극재료로 사용되며, 이는 전지재료의 전도성을 극복할 수 있다.
열악한 전기적 특성과 심각한 부피 팽창 효과의 문제는 강한 사이클 안정성과 강한 전기 전도성의 특성을 가지고 있습니다.
1. 그래핀/ZrP 복합재료의 리튬 저장 메커니즘
1. 그래핀 소재의 리튬 저장 거동
그래핀은 더 나은 전자 및 이온 전달 채널을 가지고 있어 충전 및 방전 속도를 높이는 데 도움이 됩니다. 그래핀을 음극 재료로 사용하는 경우 화학 반응식은 다음과 같습니다.
그래핀은 리튬 배터리의 음극 재료로 사용될 때 Li{0}} 확산 속도가 높고 첫 번째 충방전 과정에서 고용량을 가지지만 여러 번의 완전한 충방전 사이클 후에 그래핀의 용량이 급격히 감소합니다. 및 단독으로 사용할 수 없습니다. 리튬 전지 음극 재료는 그래핀 재료가 1차 충방전 동안 리튬 전지 전해질과 반응하고 전기 사이클 동안 전해질과의 접촉 표면이 커져 층의 축적으로 이어지기 때문입니다. 비가역성과 불안정성. SEI 필름의 패시베이션(passivation) 동안 준비된 그래핀은 라멜라 구조로 인해 덩어리 및 축적되기 쉽고 쿨롱 효율이 낮습니다.
2. 그래핀/ZrP 복합재료의 시너지 효과
인산수소지르코늄과 그래핀의 복합체는 전지의 전도도를 향상시키고 부피 팽창 효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 리튬 저장 용량이 양호하고 복합 재료의 비용량을 증가시킬 수 있다. 다른 탄소 재료에 비해 그래핀은 비표면적이 크고 기계적 강도가 높으며 전기 전도성이 좋은 장점이 있습니다. SnO 2 , FeSb 2 및 기타 재료에 대한 연구는 그래핀의 도입이 전기화학적 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다.
2. 그래핀/ZrP 합성물의 작동 원리
그래핀/인산수소지르코늄 복합재료는 생성된 그래핀을 인산수소지르코늄의 표면에 제자리에 부착시켜 지르코늄 인산수소 및 그래핀 복합재료를 얻을 수 있는 용매열법에 의해 제조된다. 소성 후 그래핀은 인산수소지르코늄에 존재할 수 있으며 결정 격자에 산소 결손이 형성되어 캐리어 및 격자 결함의 수를 증가시키고 전도성을 향상시킬 수 있다. 그래핀의 존재는 지르코늄 하이드로겐 포스페이트 나노입자 사이에 전도성 네트워크를 형성할 수 있게 하여 재료의 전체 전도성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 동시에 그래핀은 지르코늄 하이드로겐 포스페이트의 표면을 코팅하는 유연한 필름으로 사용되어 충방전 과정에서 부피 팽창 효과를 완충할 수 있습니다.
셋째, 그래핀/ZrP 복합재료의 잠재적 전망
1. 준비 방법은 간단하고 쉬운 조작, 강한 재현성, 저렴한 비용 및 환경 오염이 없다는 특성이 있습니다.
2. 이 방법으로 제조된 인산수소지르코늄과 그래핀의 복합재료는 리튬전지의 음극재료로 사용되며, 이는 전지전도도가 낮고 부피팽창효과가 심각한 문제를 극복할 수 있고 사이클 안정성이 강한 특성을 갖는다. 그리고 강한 전도성;
3. 그래핀은 높은 전도도와 큰 비표면적을 가지므로 배터리 복합 재료의 전도성을 효과적으로 향상시킬 수 있으며 동시에 그래핀 코팅은 배터리 복합 재료의 부피 팽창 효과를 효과적으로 개선하고 전기 화학적 성능을 향상시킬 수 있습니다. 배터리 복합 재료.
