Materiais do ânodo
Otimize os materiais do ânodo com ferramentas analíticas inteligentes
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Os materiais do ânodo são componentes essenciais em baterias de íons de lítio, que desempenham um papel fundamental na determinação da densidade de energia, vida útil e segurança. Para ter bom desempenho nas baterias de íons de lítio, os materiais do ânodo devem atender a vários requisitos:
Qualidade cristalina, tamanho e forma da partícula são os parâmetros-chave que regem a qualidade dos materiais do ânodo da bateria.
As baterias de íons de lítio utilizam vários materiais de ânodo, cada um com propriedades distintas que afetam o desempenho, a capacidade e a longevidade. Abaixo estão os tipos primários de materiais de ânodo usados em baterias de íons de lítio:
Ânodos baseados em intercalação são materiais em camadas e podem armazenar íons de lítio entre as camadas.
Ânodos à base de liga são metais ou seus óxidos (óxidos de Si, Ge, Sn, Sb e Si/Sn) que podem formar uma liga com lítio.
O silício oferece uma capacidade teórica significativamente maior do que o grafite, potencialmente até dez vezes mais. No entanto, o silício experimenta uma expansão de volume substancial durante o ciclo, o que pode levar a falhas mecânicas e vida útil reduzida do ciclo. Pesquisas estão em andamento para desenvolver compósitos de silício que mitiguem essas questões, alguns dos quais já são comercializados.
Os ânodos de conversão são MX (M: Fe, CO, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo e X: O, P, S, N) que convertem em (LiyX + M) após o carregamento. Esses materiais estão sendo pesquisados por suas propriedades eletroquímicas únicas e benefícios potenciais, como capacidade de taxa melhorada. Suas desvantagens são histerese de tensão e grande expansão de volume.
Os avanços recentes se concentram em materiais nanoestruturados do ânodo que aumentam a área de superfície e reduzem os caminhos da difusão do íon de lítio. Eles podem incluir várias combinações de materiais à base de carbono, silício e metais de transição projetados como partículas ou compósitos de núcleo-casca para melhorar as métricas de desempenho, como capacidade e estabilidade de ciclo.
A qualidade dos materiais de ânodo podem ser otimizadas com a medição e o controle dos seguintes parâmetros:
Saiba mais sobre como controlá-los abaixo.
Quer você produza seus próprios materiais ativos ou os compre de seus fornecedores, o tamanho e a forma das partículas são os parâmetros que definem não apenas o desempenho da bateria, mas também o processo de produção ininterrupto de alto rendimento.
O tamanho e a forma das partículas regem a reologia da pasta do eletrodo, a densidade/porosidade da embalagem do revestimento do eletrodo e o desempenho da bateria. A melhor maneira de medir isso é com uma combinação de difração a laser e imagem óptica automatizada.
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A qualidade da fase de cristal é outro parâmetro crítico que rege o desempenho de materiais de bateria, como energia específica e taxa de descarga ou capacidade. Para materiais de ânodo de bateria, são importantes parâmetros de preocupação o grau de grafitização, o índice de orientação e o tamanho do cristalito para materiais de grafite. O tamanho do cristalito pode igualmente dar uma ideia sobre o tamanho da partícula de materiais ativos nanocristalinos como o ânodo baseado do silicone.
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Para materiais ânodo, a medição de concentrações de dopante e impurezas é fundamental para avaliar o desempenho. Caso haja um ânodo de C-Si, a concentração relativa de Si determinará a capacidade e a estabilidade.
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