石墨阳极

石墨阳极材料

为什么选择石墨制造阳极？

众所周知，石墨是锂离子电池中应用最广泛的负极材料之一，这是因为石墨的块体和表面接枝都具有很高的电子导电性，而且在循环过程中，石墨在涉及锂离子（脱）插入的整个插层/脱插层过程中都具有电化学稳定性。这对于长效电池非常重要，因为这意味着锂离子可以填充石墨结构而不会对其造成损坏。此外、 石棉 与钢或其他物质相比，石墨的重量和化学惰性要小得多。事实上，石墨阳极比其他惰性电极更受欢迎。

电导率的重要性

之所以选择石墨作为阳极，是因为石墨具有良好的导电性；在充电或放电过程中，电子可以在石墨中自由移动。这将保持电池的电量，为依赖它的每一个框架提供电力。这是关键所在，因为如果没有石墨惊人的导电性，电池将无法真正发挥作用。

锂离子电池中的石墨

石墨阳极是锂离子电池不可或缺的材料。充电时，锂离子夹杂在石墨层之间。放电时，锂离子回到阴极，这种运动产生的电流可用来为您的小工具供电。石墨能够可逆地储存大量电能，因此是锂离子电池中储存和释放电能不可或缺的材料。

锂离子电池与石墨电池

石墨电池与锂离子电池的最大区别在于负极材料。与传统的 锂离子电池此外，一些新技术使用硅（而不仅仅是石墨）作为负极材料。在这两种材料中，石墨在循环寿命上胜出，而硅则在潜在能量密度上胜出。但问题是，硅阳极在充电时会产生令人讨厌的膨胀，从而导致电池组结构的致命损坏。尽管如此，石墨仍是更常见的材料，在性能和可靠性之间游刃有余。

石墨阳极电解工艺

在锂离子电池的充电和放电过程中，石墨阳极会发生电化学反应。在阳极的细胞层面上，电池通过电解进行工作，带电的锂离子穿过内部并被石墨捕获。放电时离子释放，这些离子再次流入阴极，释放能量。这也是可逆的，在石墨阳极受到严重破坏之前，您可以对电池进行无数次充电。

石墨阳极与硅阳极比较

与典型的石墨阳极相比，硅阳极的理论容量更高，这引起了人们对这种材料的兴趣。使用硅代替石墨的优势在于它具有更高的锂离子存储容量，因此可以提高电池的能量密度。但硅也有一个很大的缺点：在电池充放电时，硅会急剧膨胀和收缩。当这种情况发生时，负极会膨胀，这通常会导致负极开裂并最终失效。相比之下，石墨可以在多次充放电过程中保持其结构，因此在长期应用中更为耐用和可靠。虽然硅基阳极可能是未来高容量电池的发展方向，但大多数应用仍然依赖于老式石墨。

石墨阴极与阳极

在锂离子电池中，阳极和阴极的角色互换。充电时，锂离子在阳极存活；放电时，锂离子在阴极释放。在实践中，由于石墨在锂插层方面的化学特性，阳极是石墨。相反，在锂离子电池中也会使用其他材料。 负极 - 例如，钴酸锂或磷酸铁--它们能更好地让离子进入并将其捕获。因此，要理解电池的功能，就必须从阳极和阴极的特性入手。

石墨阳极的制造工艺

首先，石墨原料需要经过清洁，杂质（如石墨烷基酚、石墨烯等）也需要经过清洁。 硅片石墨中含有铁或氧气。下一步是将石墨与粘合剂混合制成浆糊。然后将这种糊状物滚涂到铜箔上，作为电流收集器。然后将这种材料烘干并压实，以确保在涂完填充层后整个材料厚度均匀。将阳极加热至高温，使其获得电化学特性。这些阳极被切割成所需的形状和尺寸，最后装入电池中。

为什么阳极由石墨而不是钢制成？

钢材料的导电率很低，因此锂不能夹杂在钢中。这会大大降低电池的性能。另一方面，石墨是一种非常好的导体，可以承受锂离子的移动而不会产生太大的碎裂。考虑到重量和化学稳定性/抗腐蚀性，石墨也是电池阳极的绝佳候选材料，比钢等材料更胜一筹。

石墨阳极的应用

除锂离子电池外，石墨阳极还有其他多种用途。它们可用于电化学反应，例如水电解，利用石墨将水分离成氢气和氧气。石墨阳极还可用于其他类型的电池（如钠离子电池）和能量存储。合成石墨阳极是向可再生能源过渡的关键材料，因为它可以储存太阳能和风能等可再生能源的间歇性。