طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد باتری لیتیم یون با بکارگیری گرافیت فرآوری شده عملیات حرارتی ویژه

در این طرح، چگونگی اثر عملیات حرارتی به منظور فرآوری، بهبود ساختار و ارتقای عملکرد الکتروشیمیایی گرافیت مورد استفاده در خط تولید صنعتی باتری های لیتیومی به عنوان آند رایج باتری های لیتیوم یون فعلی مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه با استفاده از روش های شناسایی مواد شامل XRD، BET، TGA، SEM و EDS و نتایج حاصل از گرافیت فرآوری شده تحت عملیات حرارتی و نیز گرافیت مورد استفاده در خط تولید صنعتی مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفته است. سپس آزمون های الکتروشیمیایی جهت بررسی عملکرد، ظرفیت، نرخ پذیری و سیکل پذیری مواد به کاررفته به عنوان آند در باتری های لیتیوم یون انجام شده و نتایج مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که فرآوری حرارتی به روش مذکور میتواند کارایی الکتروشیمیایی و ایمنی باتری های صنعتی را افزایش دهد. اندازه گیری های شارژ و دشارژ در حضور گرافیت فرآوری شده تحت عملیات حرارتی (TEG) به عنوان آند، بازده ای مناسب را نشان داده است. ظرفیت ویژه به دست آمده در سیکل اول این ماده در حدود ۹۵۰mAh/gr می باشد که در مقایسه با گرافیت رایج (۳۵۰mAh/gr) بیشتر است که این موضوع می تواند در نتیجه حضور عناصر فلزات واسطه، قلیایی و قلیایی خاکی در ساختار الکترود خالص سازی و فرآوری شده باشد که آزمون EDS تایید کننده حضور این عناصر در TEG می باشد. نتایج به دست آمده از EIS اثبات نموده است که گرافیت حرارت دیده، تحرک و نفوذ یون های لیتیوم را به دلیل رسانایی بالایشان افزایش داده است. آزمون BET برای الکترود TEG افزایش اندازه حفرات را نسبت به نمونه فابریک نشان می دهد که میتواند عامل تحرک و نفوذ بیشتر یون ها باشد. به علاوه، تصاویر SEM تشکیل لایه SEI بهینه ای را بر روی سطح الکترودهای آند گرافیتی عملیات حرارتی شده، نشان می دهد و همین امر سبب پایداری الکترود بعد از ۱۰۰ سیکل شارژ و دشارژ شده است. در واقع، سیکل پذیری ماده TEG تا ۱۰۰ سیکل و برگشت پذیری و عملکرد آن در سرعت های مختلف نیز نشان دهنده بی نظمی سطحی و تخلخل بیشتر آن است. همچنین با بکارگیری آند TEG در حضور کاتد NCM مورد استفاده در باتری های لیتیوم یون صنعتی، ظرفیت ویژه گرافیت افزایش پیدا کرده است که میتواند به دلایل ذکر شده، تخلخل بیشتر و افزایش حجم حفرات، سطح فعال و ساختار لایه لایه ای بیشتر و ظهور عناصر قلزی که طی فرآوری حرارتی گرافیت حاصل شده است باشد.