ในฐานะที่เป็นหนึ่งในสี่วัสดุหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วัสดุอิเล็กโทรดลบ ความจุจำเพาะ และแรงดันไฟฟ้าในการดำเนินงานจะกำหนดความหนาแน่นของพลังงานและแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของแบตเตอรี่โดยตรง แม้ว่าวัสดุซิลิกอนจะค่อยๆ กลายเป็นอุตสาหกรรม แต่วัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบกระแสหลักในปัจจุบันยังคงเป็นกราไฟต์ วัสดุอิเล็กโทรดลบมีศักยภาพในการแทรกสอดลิเธียมที่ต่ำกว่าในระหว่างกระบวนการทำปฏิกิริยา และสารประกอบอินเทอร์คาเลชันลิเธียมที่สร้างขึ้นพร้อมกันจะแทนที่อิเล็กโทรดลิเธียมเชิงลบของโลหะ ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงการสะสมของโลหะลิเธียมเดนไดรต์ ดังนั้นความปลอดภัยจึงดีขึ้นอย่างมาก เป็นหัวข้อสุดท้ายของวัสดุหลักสี่อย่างของแบตเตอรี่ลิเธียม เราจะมีความเข้าใจอย่างเป็นระบบและใช้งานง่ายของวัสดุกราไฟท์ผ่านความรู้พื้นฐาน

วัสดุกราไฟท์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นกราไฟท์เทียมและกราไฟท์ธรรมชาติ กราไฟท์ประดิษฐ์สามารถแบ่งออกเป็น MCMB (mesocarbon microspheres) คาร์บอนอ่อนและคาร์บอนแข็งตามเทคนิคการประมวลผลที่แตกต่างกัน กราไฟท์ในอุดมคติมีโครงสร้างเป็นชั้นๆ คล้ายกับวงแหวนเบนซิน เลเยอร์เชื่อมต่อกันด้วยพันธะ π ขนาดใหญ่ มีระบบคริสตัลหกเหลี่ยมแบบ 2H และระบบคริสตัลรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนแบบ 3R

สำหรับกราไฟท์ในอุดมคติ ความจุตามทฤษฎีคือ 372mAh/g แต่ในกระบวนการออกแบบแบตเตอรี่จริง อิเล็กโทรดลบมักจะเกิน 5%-10% ในเวลาเดียวกัน ฟิล์ม SEI ถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการชาร์จครั้งแรก เพื่อปกป้องพื้นผิวอิเล็กโทรดลบและป้องกันการอิเล็กโทรไลซิส ปฏิกิริยาเพิ่มเติมระหว่างของเหลวกับขั้วลบ และคุณภาพของฟิล์มนี้จะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

ในขณะที่การแทรกสอดของลิเธียมไอออนในขั้วลบกราไฟต์จะลึกขึ้นเรื่อยๆ (Stage-4-Stage-1) สีพื้นผิวของอิเล็กโทรดลบจะค่อยๆ เปลี่ยนไปจากสีดำเป็นสีน้ำเงิน-ดำเป็นสีเหลืองเข้ม และสุดท้ายเป็นสีเหลืองทอง และ อิเล็กโทรดลบกราไฟท์ยังเสร็จสิ้นการเปลี่ยนแปลง C -----LiC12 ---- LiC6 ดังนั้นจึงเสร็จสิ้นกระบวนการชาร์จ

ความแตกต่างทางสัณฐานวิทยาระหว่างกราไฟท์ธรรมชาติและหมึกประดิษฐ์คือกราไฟท์ธรรมชาติมีขนาดอนุภาคต่างกันและมีการกระจายขนาดอนุภาคกว้าง กราไฟท์ธรรมชาติที่ไม่ผ่านการบำบัดไม่สามารถใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบได้โดยตรง จะต้องมีการประมวลผลหลังจากกระบวนการต่างๆ อย่างไรก็ตาม กราไฟท์ประดิษฐ์มีความสอดคล้องกันมากขึ้นในด้านสัณฐานวิทยาและการกระจายขนาดอนุภาค เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่ากราไฟท์ธรรมชาติมีความจุสูง ความหนาแน่นของการบดอัดสูง และราคาค่อนข้างถูก แต่เนื่องจากขนาดอนุภาคต่างกัน จึงมีข้อบกพร่องหลายอย่างที่พื้นผิวซึ่งเข้ากันไม่ได้กับอิเล็กโทรไลต์ ความเข้ากันได้ของกราไฟท์ค่อนข้างต่ำ และมีปฏิกิริยาข้างเคียงมากมาย ในขณะที่กราไฟท์เทียมมีคุณสมบัติที่สมดุลมากกว่า มีรอบการทำงานที่ดี เข้ากันได้ดีกับอิเล็กโทรไลต์ และราคาที่สูงขึ้น

สำหรับวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ เรามักจะได้ยินแนวคิดของระดับของการวางแนว ซึ่งเรียกว่าค่า OI ขนาดจะส่งผลโดยตรงต่อการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรดลบ อิมพีแดนซ์ของพื้นผิว และประสิทธิภาพการคายประจุที่มีอัตราสูง การขยายตัวระหว่างการขี่จักรยาน
องศาของการวางแนว=I(004)/I(110) ซึ่งสามารถคำนวณได้จากข้อมูล XRD

ด้วยระดับการปฐมนิเทศที่ลดลง ความสามารถในการชาร์จอัตราสูงจะค่อยๆ ดีขึ้น โดยมีค่าคงที่

นอกจากนี้ สัณฐานวิทยาของขั้วลบกราไฟท์ยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ การสัมผัสระหว่างอนุภาคกราไฟท์ทรงกลมนั้นไม่ดีเท่ากับอนุภาคกราไฟท์ที่ไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นอิมพีแดนซ์ก็จะใหญ่ขึ้นเช่นกัน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบวัสดุ ในทิศทางเดียว การจับคู่ขนาดอนุภาคและให้แน่ใจว่าพื้นผิวสัมผัสระหว่างอนุภาคจะเพิ่มพื้นที่สัมผัสและลดความต้านทานการสัมผัส ซึ่งจะทำให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการลดโพลาไรซ์

สถานะการเคลือบของวัสดุเองจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดลบด้วยเช่นกัน โดยทั่วไป วัสดุคาร์บอนอสัณฐานบางชนิดจะเคลือบเพื่อปรับปรุงความต้านทานส่วนต่อประสานของอิเล็กโทรดลบและปรับปรุงอุณหภูมิต่ำและประสิทธิภาพของวงจร

เมื่อความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น อัตราการใช้กำลังการผลิตของขั้วลบกราไฟท์จะค่อยๆ เข้าใกล้ค่าตามทฤษฎี และการบดอัดจะสูงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งต้องปรับปรุงความเสถียรของอิเล็กโทรดกราไฟท์ให้สอดคล้องกัน สิ่งเจือปนและการเคลือบยังคงเป็นวิธีการรักษาหลัก หลังจากการปรับเปลี่ยน โครงสร้างและสถานะพื้นผิวของแอโนดกราไฟท์สามารถป้องกันได้ในระหว่างรอบ ซึ่งช่วยเพิ่มความเสถียรของวงจร นอกจากนี้ การแนะนำองค์ประกอบโลหะและอโลหะยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดเชิงลบอย่างมีนัยสำคัญ

คราวนี้ ผมขอแนะนำความรู้พื้นฐานบางประการเกี่ยวกับอิเล็กโทรดเชิงลบเป็นหลัก บทความถัดไปส่วนใหญ่จะแนะนำการตรวจหาพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับขั้วลบ ดังนั้นโปรดคอยติดตาม "