Bạn biết gì về thành phần trong điện cực
catot của pin lithium?
Ngày nay pin Lithium đã trở nên rất quen thuộc với chúng ta
trong cuộc sống. Có thể nói bất kỳ thiết bị hiện đại nào có sử
dụng năng lượng cũng ít nhiều gắn liền với pin Lithium (ví dụ:
điện thoại di động, laptop, máy nghe nhạc, các phương tiện giao
thông…) nhưng có bao giờ bạn đặt câu hỏi vậy trong thành phần
của điện cực catot có những gì?
Điện cực catot được tạo thành từ hỗn hợp của các hạt vật liệu
hoạt động (active material – AM) với các chất phụ gia không
hoạt động điện hóa (non-electroactive additive). Các chất phụ
gia bao gồm chất dẫn điện tử (conducting agent – C) và chất kết
dính polymer (polymeric binder). Các chất này cho phép sự trao
đổi điện tử và ion hiệu quả trong điện cực nhưng không tham gia
vào các phản ứng hóa học và điện hóa.
Hiện nay các vật liệu hoạt động dùng trong catot được ứng dụng
trong công nghiệp rất đa dạng bao gồm LiFePO4, LiMnO2,
LiCoO2… Chất kết dính cần bảo đảm tính kết dính cơ học tốt
nhưng phải có điện trở thấp (ví dụ polyvinylidene fluorine
(PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), silica…). Chất dẫn
điện tử có tác dụng làm tăng độ dẫn điện để bù đắp cho tính dẫn
điện thấp của AM làm cho AM hoạt động một cách hiệu quả. Có
rất nhiều loại chất dẫn điện tử được nghiên cứu và ứng dụng như
acetylene black (AcB), ketjen black (KB), super P (SP), graphite
(G)…
Trong quy trình tạo thành điện cực, các lỗ xốp được hình thành
và đóng vai trò quan trọng trong sự di chuyển các ion Lithium
trong dung dịch điện phân về phía AM và ngược lại. Điện cực
catot cần phải bền về mặt hóa học và điện hóa học để có được
tuổi thọ chấp nhận được tùy theo thiết bị sử dụng. Ngoài ra, điện
cực catot cần phải có độ kết dính và độ bám cơ học tốt với các
vật liệu thu điện (current collector).
Trong quy trình tạo thành điện cực, các lỗ xốp được hình thành
và đóng vai trò quan trọng trong sự di chuyển các ion Lithium
trong dung dịch điện phân về phía AM và ngược lại. Điện cực
catot cần phải bền về mặt hóa học và điện hóa học để có được
tuổi thọ chấp nhận được tùy theo thiết bị sử dụng. Ngoài ra, điện
cực catot cần phải có độ kết dính và độ bám cơ học tốt với các
vật liệu thu điện (current collector).
Vấn đề sử dụng các chất phụ gia phù hợp và lựa chọn thông số
cho quy trình sản xuất điện cực rất quan trọng để đạt đến sự tối
ưu khi sử dụng. Muốn tối ưu về mặt mật độ năng lượng (energy
density), hàm lượng các chất phụ gia cần phải được giảm đến
mức tối thiểu (thường chiếm 10-20% khối lượng). Vì vậy nhằm
đáp ứng các yêu cầu đề ra trên, chúng ta cần một vật liệu hoạt
động (AM) hiệu quả, một hỗn hợp composite với sự tối ưu hóa
về thành phần, các tính chất về điện và cơ học… và một quy
trình sản xuất với các thông số đạt yêu cầu