Es gibt zahlreiche technische Kennwerte für Graphitanodenmaterialien, deren Berücksichtigung komplex ist. Zu den wichtigsten zählen die spezifische Oberfläche, die Partikelgrößenverteilung, die Schüttdichte, die Verdichtungsdichte, die Reindichte, die spezifische Kapazität bei erster Ladung und Entladung sowie der Wirkungsgrad bei erster Entladung. Hinzu kommen elektrochemische Kennwerte wie Zyklenstabilität, Schnellladefähigkeit und Quellverhalten. Welche Leistungskennwerte sind also für Graphitanodenmaterialien relevant? Im Folgenden erläutert Ihnen HCMilling (Guilin Hongcheng), der Hersteller von Graphitanodenmaterialien, diese Kennwerte.Anodenmaterialien Mahlmühle.

01 spezifische Oberfläche

Bezeichnet die Oberfläche eines Objekts pro Masseneinheit. Je kleiner das Partikel, desto größer die spezifische Oberfläche.

Die negative Elektrode mit kleinen Partikeln und hoher spezifischer Oberfläche weist mehr Kanäle und kürzere Wege für die Lithiumionenmigration auf und zeigt eine bessere Leistungsfähigkeit. Aufgrund der großen Kontaktfläche mit dem Elektrolyten ist jedoch auch die Fläche für die Bildung des SEI-Films groß, was die Anfangseffizienz verringert. Größere Partikel hingegen bieten den Vorteil einer höheren Kompaktierungsdichte.

Die spezifische Oberfläche der Graphitanodenmaterialien beträgt vorzugsweise weniger als 5 m²/g.

02 Partikelgrößenverteilung

Der Einfluss der Partikelgröße des Graphitanodenmaterials auf seine elektrochemische Leistung besteht darin, dass die Partikelgröße des Anodenmaterials direkt die Schüttdichte des Materials und die spezifische Oberfläche des Materials beeinflusst.

Die Größe der Schüttdichte beeinflusst direkt die volumetrische Energiedichte des Materials, und nur die geeignete Partikelgrößenverteilung des Materials kann die Leistung des Materials maximieren.

03 Klopfdichte

Die Schüttdichte ist die Masse pro Volumeneinheit, die durch Vibration ermittelt wird, bei der das Pulver eine relativ dichte Packung bildet. Sie ist ein wichtiger Indikator für die Menge des aktiven Materials. Das Volumen von Lithium-Ionen-Batterien ist begrenzt. Eine hohe Schüttdichte bedeutet eine hohe Masse des aktiven Materials pro Volumeneinheit und somit eine hohe Speicherkapazität.

04 Verdichtungsdichte

Die Verdichtungsdichte bezieht sich hauptsächlich auf das Polstück und bezeichnet die Dichte nach dem Walzen, nachdem das aktive Material der negativen Elektrode und das Bindemittel zum Polstück verarbeitet wurden. Verdichtungsdichte = Flächendichte / (Dicke des Polstücks nach dem Walzen minus Dicke der Kupferfolie).

Die Verdichtungsdichte steht in engem Zusammenhang mit der spezifischen Kapazität, dem Wirkungsgrad, dem Innenwiderstand und der Batterieleistung des Blechs.

Einflussfaktoren auf die Verdichtungsdichte: Partikelgröße, -verteilung und -morphologie haben alle einen Einfluss.

05 Wahre Dichte

Das Gewicht der festen Materie pro Volumeneinheit eines Materials im absolut dichten Zustand (ohne Berücksichtigung innerer Hohlräume).

Da die Reindichte im verdichteten Zustand gemessen wird, ist sie höher als die Stampfdichte. Im Allgemeinen gilt: Reindichte > Verdichtungsdichte > Stampfdichte.

06 Die erste spezifische Lade- und Entladekapazität

Das Graphitanodenmaterial weist im ersten Lade-Entlade-Zyklus eine irreversible Kapazität auf. Während des ersten Ladevorgangs der Lithium-Ionen-Batterie werden Lithiumionen in die Oberfläche des Anodenmaterials eingelagert, gleichzeitig werden Lösungsmittelmoleküle aus dem Elektrolyten eingelagert. Dabei zersetzt sich die Oberfläche des Anodenmaterials und bildet die SEI-Passivierungsschicht. Erst wenn die negative Elektrodenoberfläche vollständig von der SEI-Schicht bedeckt ist, können keine Lösungsmittelmoleküle mehr einlagern, und die Reaktion stoppt. Die Bildung der SEI-Schicht verbraucht einen Teil der Lithiumionen. Diese Lithiumionen können während des Entladevorgangs nicht von der Oberfläche der negativen Elektrode entfernt werden, was zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust und somit zu einer Verringerung der spezifischen Kapazität der ersten Entladung führt.

07 Erste Coulomb-Effizienz

Ein wichtiger Indikator zur Bewertung der Leistungsfähigkeit von Anodenmaterialien ist deren erste Lade-Entlade-Effizienz, auch bekannt als erste Coulomb-Effizienz. Erstmals lässt sich die Leistungsfähigkeit des Elektrodenmaterials direkt anhand der Coulomb-Effizienz bestimmen.

Da sich der SEI-Film hauptsächlich auf der Oberfläche des Elektrodenmaterials bildet, beeinflusst dessen spezifische Oberfläche direkt die Fläche, auf der sich der SEI-Film bilden kann. Je größer die spezifische Oberfläche, desto größer die Kontaktfläche mit dem Elektrolyten und desto größer die Fläche, auf der sich der SEI-Film bilden kann.

Es wird allgemein angenommen, dass die Bildung eines stabilen SEI-Films für das Laden und Entladen der Batterie vorteilhaft ist, während ein instabiler SEI-Film die Reaktion behindert, da er kontinuierlich Elektrolyt verbraucht, die Dicke des SEI-Films erhöht und den Innenwiderstand steigert.

08 Zyklusleistung

Die Zyklenstabilität einer Batterie beschreibt die Anzahl der Lade- und Entladezyklen, die sie unter bestimmten Bedingungen durchläuft, bis ihre Kapazität einen festgelegten Wert unterschreitet. Die SEI-Schicht hemmt die Diffusion von Lithiumionen bis zu einem gewissen Grad. Mit zunehmender Zyklenzahl löst sich die SEI-Schicht weiter ab und lagert sich auf der Oberfläche der negativen Elektrode ab. Dies führt zu einem allmählichen Anstieg des Innenwiderstands der negativen Elektrode, was wiederum Wärmestau und Kapazitätsverlust zur Folge hat.

09 Erweiterung

Es besteht ein positiver Zusammenhang zwischen Ausdehnung und Zyklenlebensdauer. Nach der Ausdehnung der negativen Elektrode verformt sich zunächst der Wicklungskern, die Partikel der negativen Elektrode bilden Mikrorisse, der SEI-Film bricht und reorganisiert sich, der Elektrolyt wird verbraucht und die Zyklenstabilität verschlechtert sich. Zweitens wird die Membran zusammengedrückt. Der Druck, insbesondere die Überdehnung der Membran an der rechtwinkligen Kante des Polansatzes, ist sehr hoch und kann im Verlauf der Lade-Entlade-Zyklen leicht zu Mikrokurzschlüssen oder Mikro-Lithium-Ausfällungen führen.

Was die Ausdehnung selbst betrifft, so werden Lithiumionen während der Graphitinterkalation in den Zwischenschichtabstand des Graphits eingebettet, was zu einer Vergrößerung des Zwischenschichtabstands und einer Volumenzunahme führt. Diese Ausdehnung ist irreversibel. Das Ausmaß der Ausdehnung hängt vom Orientierungsgrad der negativen Elektrode ab (I₀₀₄/I₁₁₀), der aus den XRD-Daten berechnet werden kann. Das anisotrope Graphitmaterial neigt dazu, während der Lithiuminterkalation eine Gitterausdehnung in Richtung der c-Achse des Graphitkristalls zu erfahren, was eine größere Volumenzunahme der Batterie zur Folge hat.

10Leistung bewerten

Die Diffusion von Lithiumionen im Graphitanodenmaterial ist stark gerichtet, d. h., sie können nur senkrecht zur Stirnfläche der C-Achse des Graphitkristalls eingelagert werden. Anodenmaterialien mit kleinen Partikeln und großer spezifischer Oberfläche weisen eine bessere Leistungsfähigkeit bei hohen Laderaten auf. Darüber hinaus beeinflussen der Oberflächenwiderstand der Elektrode (bedingt durch die SEI-Schicht) und die Elektrodenleitfähigkeit die Leistungsfähigkeit ebenfalls.

Ähnlich wie bei der Zyklenlebensdauer und der Ausdehnung verfügt die isotrope negative Elektrode über zahlreiche Lithiumionen-Transportkanäle, wodurch die Probleme geringer Eintrittskapazität und niedriger Diffusionsraten in der anisotropen Struktur gelöst werden. Die meisten Materialien nutzen Technologien wie Granulierung und Beschichtung, um ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern.

HCMilling (Guilin Hongcheng) ist ein Hersteller von Mahlwerken für Anodenmaterialien.HLMX-SerieAnodenmaterialien super-Feinvertikalmühle, HCHAnodenmaterialien UltrafeinmühleUnsere Graphitmühlen und andere Produkte finden breite Anwendung in der Herstellung von Graphitanodenmaterialien. Bei Bedarf kontaktieren Sie uns bitte für Details zu den Anlagen und geben Sie uns folgende Informationen:

Rohstoffname

Produktfeinheit (Maschenweite/μm)

Kapazität (t/h)