흑연 음극재에는 비표면적, 입자 크기 분포, 탭 밀도, 압축 밀도, 진밀도, 첫 번째 충방전 비용량, 첫 번째 효율 등 여러 가지 기술적 지표가 있어 이를 모두 고려하기는 어렵습니다. 이 외에도 사이클 성능, 속도 성능, 팽윤 등과 같은 전기화학적 지표가 있습니다. 그렇다면 흑연 음극재의 성능 지표는 무엇일까요? 다음 콘텐츠는 흑연 음극재 제조업체인 HCMilling(Guilin Hongcheng)에서 소개합니다.양극재 분쇄기.

01 비표면적

단위 질량당 물체의 표면적을 말합니다. 입자가 작을수록 비표면적이 커집니다.

입자가 작고 비표면적이 큰 음극은 리튬 이온 이동 경로가 더 많고 짧아 율속 성능이 더 좋습니다. 그러나 전해질과의 접촉 면적이 넓기 때문에 SEI 피막 형성 면적도 넓어 초기 효율이 낮아집니다. 반면, 입자가 클수록 압축 밀도가 더 높다는 장점이 있습니다.

흑연 양극 물질의 비표면적은 바람직하게는 5m2/g 미만이다.

02 입자 크기 분포

흑연 양극 물질의 입자 크기가 전기화학적 성능에 미치는 영향은 양극 물질의 입자 크기가 물질의 탭 밀도와 물질의 비표면적에 직접적인 영향을 미친다는 것입니다.

탭 밀도의 크기는 재료의 체적 에너지 밀도에 직접적인 영향을 미치며, 재료의 적절한 입자 크기 분포만이 재료의 성능을 극대화할 수 있습니다.

03 탭 밀도

탭 밀도는 분말이 비교적 촘촘하게 충전되는 진동으로 측정한 단위 부피당 질량입니다. 활물질을 측정하는 중요한 지표입니다. 리튬 이온 배터리의 부피는 제한적입니다. 탭 밀도가 높으면 단위 부피당 활물질의 질량이 커지고 부피 용량이 커집니다.

04 압축 밀도

압축 밀도는 주로 극편에 대한 것으로, 음극 활물질과 바인더를 극편으로 만든 후 압연 후의 밀도를 말하며, 압축 밀도 = 면적 밀도 / (압연 후 ​​극편의 두께에서 구리 호일의 두께를 뺀 값)입니다.

압축 밀도는 시트 고유 용량, 효율, 내부 저항 및 배터리 사이클 성능과 밀접한 관련이 있습니다.

압축 밀도에 영향을 미치는 요인으로는 입자 크기, 분포, 형태 등이 모두 영향을 미칩니다.

05 트루 덴시티

절대적으로 밀도가 높은 상태(내부 공극 제외)에서 재료의 단위 부피당 고체 물질의 무게입니다.

진밀도는 압축된 상태에서 측정되므로 탭밀도보다 높습니다. 일반적으로 진밀도 > 압축밀도 > 탭밀도입니다.

06 첫 번째 충전 및 방전 특정 용량

흑연 음극재는 초기 충방전 사이클에서 비가역 용량을 갖습니다. 리튬 이온 전지의 첫 번째 충전 과정에서 음극재 표면에 리튬 이온이 삽입되고 전해질의 용매 분자가 공동 삽입되어 음극재 표면이 분해되어 SEI 부동태 피막을 형성합니다. SEI 부동태 피막은 음극 표면이 SEI 피막으로 완전히 덮인 후에야 용매 분자가 삽입될 수 없게 되어 반응이 중단됩니다. SEI 피막의 생성은 리튬 이온의 일부를 소모하고, 방전 과정에서 이 리튬 이온이 음극 표면에서 추출되지 못하여 비가역 용량 손실을 초래하여 첫 번째 방전 시 비용량을 감소시킵니다.

07 첫 번째 쿨롱 효율

양극재의 성능을 평가하는 중요한 지표 중 하나는 1차 충방전 효율(1차 쿨롱 효율이라고도 함)입니다. 최초로 쿨롱 효율이 전극재의 성능을 직접적으로 결정합니다.

SEI 피막은 대부분 전극 재료 표면에 형성되므로, 전극 재료의 비표면적은 SEI 피막 형성 면적에 직접적인 영향을 미칩니다. 비표면적이 클수록 전해질과의 접촉 면적이 넓어지고 SEI 피막 형성 면적도 넓어집니다.

일반적으로 안정적인 SEI 피막이 형성되면 배터리의 충전과 방전에 도움이 되고, 불안정한 SEI 피막은 반응에 불리하여 전해액을 계속 소모하고, SEI 피막의 두께를 두껍게 하며, 내부 저항을 증가시킨다고 믿어진다.

08 사이클 성능

배터리의 사이클 성능은 특정 충방전 조건에서 배터리 용량이 특정 값까지 떨어졌을 때 발생하는 충전 및 방전 횟수를 나타냅니다. 사이클 성능 측면에서 SEI 피막은 리튬 이온의 확산을 어느 정도 방해합니다. 사이클 횟수가 증가함에 따라 SEI 피막은 계속해서 떨어져 나가 음극 표면에 쌓이게 되고, 이로 인해 음극 내부 저항이 점진적으로 증가하여 열 축적 및 용량 감소를 초래합니다.

09 확장

팽창과 사이클 수명 사이에는 양의 상관관계가 있습니다. 음극이 팽창하면 첫째, 권선 코어가 변형되고, 음극 입자에 미세 균열이 발생하며, SEI 피막이 파단 및 재형성되고, 전해액이 소모되어 사이클 성능이 저하됩니다. 둘째, 격막이 압착됩니다. 압력, 특히 극판의 직각 모서리에서 격막이 밀려나오는 압력은 매우 심각하며, 충방전 사이클이 진행됨에 따라 미세 단락이나 미세 금속 리튬 석출이 발생하기 쉽습니다.

팽창 자체에 관해서는, 흑연 삽입 과정에서 리튬 이온이 흑연 층간 간격에 매립되어 층간 간격이 확장되고 부피가 증가합니다. 이 팽창은 비가역적입니다. 팽창량은 음극의 배향도(배향도 = I004/I110)와 관련이 있으며, 이는 XRD 데이터로부터 계산할 수 있습니다. 이방성 흑연 재료는 리튬 삽입 과정에서 같은 방향(흑연 결정의 C축 방향)으로 격자 팽창을 겪는 경향이 있으며, 이는 배터리의 부피 팽창을 더 크게 만듭니다.

10성과 평가

흑연 음극재에서 리튬 이온의 확산은 강한 방향성을 가지므로, 흑연 결정의 C축 단면에 수직으로만 삽입될 수 있습니다. 입자가 작고 비표면적이 큰 음극재일수록 속도 특성이 더 우수합니다. 또한, SEI 피막으로 인한 전극 표면 저항과 전극 전도도 또한 속도 특성에 영향을 미칩니다.

등방성 음극은 사이클 수명 및 팽창률과 마찬가지로 많은 리튬 이온 수송 채널을 가지고 있어 이방성 구조에서 발생하는 낮은 유입량 및 낮은 확산 속도 문제를 해결합니다. 대부분의 재료는 속도 성능을 향상시키기 위해 과립화 및 코팅과 같은 기술을 사용합니다.

HCMilling(구이린 홍청)은 양극재 분쇄기 제조업체입니다.HLMX 시리즈양극재 감독자- 미세 수직 밀, HCH양극재 초미세 분쇄기당사에서 생산한 기타 흑연 분쇄기는 흑연 음극재 생산에 널리 사용되고 있습니다. 관련 문의 사항이 있으시면 장비에 대한 자세한 내용과 다음 정보를 제공해 주시면 감사하겠습니다.

원재료명

제품 섬도(메시/μm)

용량(t/h)