{"id":4041,"date":"2025-03-26T16:11:23","date_gmt":"2025-03-26T08:11:23","guid":{"rendered":"https:\/\/www.powdergrindingmill.com\/?p=4041"},"modified":"2025-03-26T16:12:21","modified_gmt":"2025-03-26T08:12:21","slug":"do-you-know-the-core-parameters-of-graphite-as-an-anode-materials","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.powdergrindingmill.com\/de\/do-you-know-the-core-parameters-of-graphite-as-an-anode-materials\/","title":{"rendered":"Kennst du die Kernparameter von Graphit als Anodenmaterial?"},"content":{"rendered":"

Derzeit k\u00f6nnen viele Materialien f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterie-Anoden<\/a>verwendet werden. Allerdings haben nur Graphitmaterialien die Massenproduktion und Kommerzialisierung erreicht.
Graphitanodenmaterialien umfassen nat\u00fcrlichen und k\u00fcnstlichen Graphit. Wichtige technische Kennzahlen sind Partikelgr\u00f6\u00dfe, Oberfl\u00e4che und Dichte.
Weitere Faktoren sind Kapazit\u00e4t, Effizienz, Zyklen, Ratenleistung und Expansion. Diese Kennzahlen sind miteinander verbunden und bilden ein eng vernetztes System.<\/p>\n\n\n\n

\"Graphit\"<\/figure>\n\n\n\n

Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung<\/h2>\n\n\n\n

Derzeit k\u00f6nnen viele Materialien f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterie-Anoden verwendet werden. Allerdings haben nur Graphitmaterialien<\/a> die Massenproduktion und Kommerzialisierung erreicht. Graphitanodenmaterialien umfassen nat\u00fcrlichen und k\u00fcnstlichen Graphit. Wichtige technische Kennzahlen sind Partikelgr\u00f6\u00dfe, Oberfl\u00e4che und Dichte. Weitere Faktoren sind Kapazit\u00e4t, Effizienz, Zyklen, Ratenleistung und Expansion. Diese Kennzahlen sind miteinander verbunden und bilden ein eng vernetztes System.<\/p>\n\n\n\n

Die Partikelgr\u00f6\u00dfe von Graphitanodenmaterialien beeinflusst ihre elektrochemische Leistung. Die Partikelgr\u00f6\u00dfe wirkt sich direkt auf die Sch\u00fcttdichte und die spezifische Oberfl\u00e4che aus. Die Sch\u00fcttdichte beeinflusst die volumetrische Energiedichte des Materials.<\/p>\n\n\n\n

Bei gleicher Volumenf\u00fcllung verringert eine gr\u00f6\u00dfere Partikelgr\u00f6\u00dfe und eine breitere Verteilung die Schlammviskosit\u00e4t. Geringere Viskosit\u00e4t verbessert den Feststoffgehalt und erleichtert die Beschichtung. Eine breitere Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung erm\u00f6glicht es kleinen Partikeln, L\u00fccken zwischen gro\u00dfen zu f\u00fcllen. Dies erh\u00f6ht die Verdichtungsdichte der Elektrode und verbessert die volumetrische Energiedichte. Die Breite der Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung wird durch (D90-D10)\/D50 beurteilt. Ein h\u00f6herer Wert zeigt eine breitere Verteilung an; ein niedrigerer Wert eine engere. Kleinere Partikel verbessern die Ratenleistung und die Zyklenlebensdauer, verringern jedoch die Anfangseffizienz und die Verdichtungsdichte, und umgekehrt.<\/p>\n\n\n\n

Die Partikelgr\u00f6\u00dfe von Anodenmaterialien wird haupts\u00e4chlich durch das Herstellungsverfahren bestimmt. GB\/T 24533-2019 definiert die Klassen von Graphitanodenmaterialien. Die folgende Tabelle zeigt den Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilungsbereich f\u00fcr verschiedene Graphitanodenmaterialien.<\/p>\n\n\n\n

\"Standarddichteanforderungen<\/figure>\n\n\n\n

Spezifische Oberfl\u00e4che<\/h2>\n\n\n\n

Die spezifische Oberfl\u00e4che ist die Gesamtfl\u00e4che pro Masseneinheit des Materials. Kleinere Partikel mit h\u00f6herer Oberfl\u00e4che bieten mehr Lithium-Ionen-Wege und verbessern die Ratenleistung. Allerdings erh\u00f6ht eine gr\u00f6\u00dfere Kontaktfl\u00e4che mit dem Elektrolyten die SEI-Formation, was die Effizienz der ersten Zelle verringert. Gr\u00f6\u00dfere Partikel haben eine h\u00f6here Verdichtungsdichte. F\u00fcr Graphitanodenmaterialien ist eine spezifische Oberfl\u00e4che unter 3 m\u00b2\/g ideal.<\/p>\n\n\n\n

Sch\u00fcttdichte<\/h2>\n\n\n\n

Die Sch\u00fcttdichte ist die Masse pro Volumeneinheit des Pulvers nach vibrationsbedingter Verdichtung. Sie ist ein wichtiger Indikator f\u00fcr aktive Materialien. Da das Volumen der Lithium-Ionen-Batterie begrenzt ist, bedeutet eine h\u00f6here Sch\u00fcttdichte mehr aktives Material pro Volumeneinheit. Dies f\u00fchrt zu einer h\u00f6heren volumetrischen Kapazit\u00e4t.<\/p>\n\n\n\n

Verdichtete Dichte<\/h2>\n\n\n\n

Die verdichtete Dichte bezieht sich auf die Dichte der Elektrode nach Walzenpressung, bestehend aus aktiven Materialien und Bindemitteln.
Verdichtete Dichte = Fl\u00e4chengewicht \/ (Dicke der Elektrode nach dem Walzen \u2013 Kupferfolie Dicke).
Die verdichtete Dichte steht in engem Zusammenhang mit der spezifischen Kapazit\u00e4t, Effizienz, dem Innenwiderstand und der Zyklenleistung der Batterie. Je h\u00f6her die verdichtete Dichte, desto mehr aktives Material pro Volumeneinheit, was zu einer h\u00f6heren Kapazit\u00e4t f\u00fchrt. Allerdings verringert eine erh\u00f6hte verdichtete Dichte die Porosit\u00e4t, was die Elektrolytaufnahme verschlechtert, die Benetzbarkeit verringert und den Innenwiderstand erh\u00f6ht. Dies erschwert die Ein- und Ausgabe von Lithium-Ionen, was die Kapazit\u00e4tssteigerung behindern kann.
Faktoren, die die verdichtete Dichte beeinflussen: Partikelgr\u00f6\u00dfe, Verteilung und Morphologie.<\/p>\n\n\n\n

Wahre Dichte<\/h2>\n\n\n\n

Wahre Dichte bezieht sich auf das Gewicht des festen Materials pro Volumeneinheit in einem absolut dichten Zustand (ohne innere Hohlr\u00e4ume). Da die wahre Dichte im verdichteten Zustand gemessen wird, ist sie h\u00f6her als die Sch\u00fcttdichte.
Typischerweise ist die wahre Dichte > Verdichtungsdichte > Sch\u00fcttdichte. Das folgende Diagramm zeigt die Dichteanforderungen f\u00fcr Graphitanodenmaterialien in Standards.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Erste Lade- und Entlade-Spezifische Kapazit\u00e4t<\/h2>\n\n\n\n

W\u00e4hrend der ersten Ladung einer Lithium-Ionen-Batterie sinkt das Potential des Graphitanodenmaterials allm\u00e4hlich, w\u00e4hrend Lithium-Ionen eingelagert werden. Wenn die Spannung auf etwa 0,8 V f\u00e4llt, werden L\u00f6sungsmolek\u00fcle im Elektrolyten auf der Anodenseite reduziert. Dabei entstehen gro\u00dfe Mengen an organischen oder anorganischen Produkten, die sich auf der Anodenseite ablagern und einen dichten Passivierungsschutzfilm, die SEI-Film, bilden.
Die Reaktion stoppt erst, wenn die Anodenseite vollst\u00e4ndig vom SEI-Film bedeckt ist, was die Einlagerung von L\u00f6sungsmolek\u00fclen verhindert. Die Bildung des SEI-Films verbraucht einige Lithium-Ionen, die beim Entladen nicht freigesetzt werden k\u00f6nnen. Dies reduziert die erste Entladekapazit\u00e4t. Im zweiten Lade-Entlade-Zyklus verschwindet das Spannungsplateau bei 0,8 V. Der Halbzellenzyklustest des Graphitanodenmaterials ist in der Abbildung unten dargestellt.<\/p>\n\n\n\n

Erste Coulombsche Effizienz<\/h2>\n\n\n\n

Ein wichtiger Indikator f\u00fcr die Leistung eines Anodenmaterials ist seine erste Lade-Entlade-Effizienz, auch bekannt als erste Coulombsche Effizienz. W\u00e4hrend des Ladens und Entladens k\u00f6nnen einige Lithium-Ionen, die aus der Kathode extrahiert und in die Anode eingelagert wurden, nicht zur Kathode zur\u00fcckkehren, um am Lade-Entlade-Zyklus teilzunehmen, was zu einer ersten Coulombschen Effizienz von weniger als 100 % f\u00fchrt. <\/p>\n\n\n\n

Die Gr\u00fcnde daf\u00fcr, dass diese Lithium-Ionen nicht zur Kathode zur\u00fcckkehren, sind: <\/p>\n\n\n\n