ОДЕРЖАННЯ ВИСОКОЧИСТОГО СФЕРОДИЗОВАНОГО ГРАФІТУ ДЛЯ АНОДІВ ЛІТІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВ
DOI:
https://doi.org/10.30857/2786-5371.2026.3.4Ключові слова:
природний графіт, сферичний графіт, анодні матеріали літій-іонних акумуляторів, хімічне очищення, проєктування процесів очищення графітуАнотація
Мета. Визначення та обґрунтування послідовності технологічних стадій одержання сферичного графіту для анодів літій-іонних акумуляторів, яка забезпечує мінімізацію втрат високочистого матеріалу під час сферонізації та дозволяє досягнути чистоти понад 99,95 мас.% на етапі доочищення без порушення морфології частинок і погіршення їхніх електрохімічних характеристик.
Методика. Дослідження виконано із використанням зразків сферодизованого графіту, одержаного з природного графіту марки GAK-2. Хімічне очищення сферодизованого матеріалу проводили розчином сульфатної кислоти з додаванням амоній фториду. Хімічну чистоту графіту визначали методом озолення у муфельній печі за температури 1050 °С та рентгенофлуоресцентним аналізом золи із використанням спектрометра Oxford Instruments X-Supreme 8000. Електрохімічні випробування графітових матеріалів здійснювали у двоелектродних комірках із літієвим електродом із використанням 32-канального приладу MSTAT ARBIN.
Результати. Встановлено, що запропонований метод хімічного очищення сферодизованого графіту забезпечує одержання анодного матеріалу з чистотою понад 99,95 % при збереженні сферичної морфології частинок. Електрохімічні дослідження підтвердили високу стабільність отриманих матеріалів, зокрема досягнення питомої ємності на рівні 365 мА·год/г при тривалому циклуванні.
Наукова новизна. Підтверджено ефективність запропонованої технологічної схеми одержання анодного матеріалу для літій-іонних акумуляторів, яка передбачає сферонізацію графіту з низькою чистотою з подальшим хімічним доочищенням сферодизованого матеріалу. Вперше показано можливість ефективного очищення сферодизованого графіту із використанням розбавленого розчину сульфатної кислоти з додаванням амоній фториду.
Практична значимість. Запропонований технологічний підхід до одержання сферичного графіту забезпечує зниження втрат високочистого графіту на стадії сферонізації та сприяє більш ефективному використанню графітової сировини у виробництві анодних матеріалів для літій-іонних акумуляторів.
Завантаження
Посилання
Asenbauer J., Eisenmann T., Kuenzel M., Kazzazi A., Chen Z., Bresser D. The success story of graphite as a lithium-ion anode material – Fundamentals, remaining challenges, and recent developments including silicon (oxide) composites. Sustainable Energy & Fuels. 2020. Vol. 4, No. 11. P. 5387–5416. DOI: https://doi.org/10.1039/D0SE00175A.
Global supply chains of EV batteries. IEA Publications. International Energy Agency. 2022. URL: https://www.iea.org/reports/global-supply-chains-of-ev-batteries.
Jara A. D., Betemariam A., Woldetinsae G., Kim J. Y. Purification, application and current market trend of natural graphite: A review. International Journal of Mining Science and Technology. 2019 Vol. 29, No. 5. P. 671–689. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2019.04.003.
Jara A. D., Kim J. Y. Chemical purification processes of the natural crystalline flake graphite for Li-ion battery anodes. Materials Today Communications. 2020. Vol. 25. Art. 101437. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.mtcomm.2020.101437.
Fischer, S., Doose, S., Müller, J., Höfels, C., Kwade, A. Impact of spheroidization of natural graphite on fast-charging capability of anodes for lithium-ion batteries. Batteries. 2023. Vol. 9, No. 6. Art. 305. DOI: https://doi.org/10.3390/batteries9060305.
Mundszinger M., Farsi S., Rapp M., Golla-Schindler U., Kaiser U., Wachtler M. Morphology and texture of spheroidized natural and synthetic graphites. Carbon. 2017. Vol. 111. P. 764–773. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.10.060.
Vu T. T., La D. D., Le L. V., Pham T. K., Nguyen M. A., Nguyen T. H., Dang T. D., Um M.-J., Chung W., Nguyen D. D. Purification of spherical graphite as anode for Li-ion battery: A comparative study on the purifying approaches. Micromachines. 2024. Vol. 15, No. 7. Art. 827. DOI: https://doi.org/10.3390/mi15070827.
Dong H., Qiu Y., Mai Y., Liu J., You D., Sun K. Quantifying the impurity distribution in spherical graphite: The limitation of flotation for graphite purification explained. Minerals. 2024. Vol. 14, No. 12. Art. 1187. DOI: https://doi.org/10.3390/min14121187.
Макєєва І. С., Кислова О. В., Патлун Д. В., Хоменко В. Г., Нікулін Д. О. Розробка методів підвищення ефективності хімічного очищення природного графіту. Технології та інжиніринг. 2024. № 2 (19). C. 117–124. DOI: https://doi.org/10.30857/2786-5371.2024.2.11.
Хоменко В. Г., Макєєва І. С., Кислова О. В., Нікулін Д. О. Розробка ефективної хімічної технології очищення графіту для анодів літій-іонних акумуляторів. Технічні науки та технології. 2025. № 2 (40). C. 354–361. DOI: https://doi.org/10.25140/2411-5363-2025-2(40)-354-361.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Володимир ХОМЕНКО, Дмитро НІКУЛІН, Оксана БУТЕНКО, Владислав ХОМЕНКО
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
