鋰離子電池負極材料系列

LIE馳_Mf4LIE馳_Mf4」天侏第片石靈廠S1-CSlOa干貨】鋰離子電池負極材料系列之-石墨類材料基礎知識介紹作為鋰離子電池四大主材之一的負極材料，其比容量以及工作電壓直接決定著電池的能量密度和工作電壓，雖然硅材料開始逐步走向產業(yè)化，但目前的主流負極材料仍然是石墨類負極材料，其在反應過程中具有較低的嵌鋰電位，同時生成的插鋰層間化合物代替金屬鋰負極，從而避免了金屬鋰枝晶的沉積,因此安全性得以顯著提高。而作為鋰電四大主材的最后一個主題，將通過對石墨類材料的基礎知識、生產工藝、測試方法、失效模式分析等幾個方面對其有一個系統(tǒng)的、直觀的認識；今天將對石墨類材料的基礎知識做一個簡單的介紹。W7WE人適石as歳材+4YS1MW英他含金材斡石墨類材料主要分為人造石墨和天然石墨，人造石墨又會根據加工工藝的不同分為MCMB（中間相碳微球）、軟碳和硬碳等，理想的石墨具有層狀結構，每個平面類似于苯環(huán)，層面之間通過大n鍵連接;具有2H型六方晶系以及3R型菱面體晶系。對于理想的石墨而言，其理論容量為372mAh/g，但在實際電池設計過程中，一般負極會過量5%-10%，同時在首次充電過程中形成SEI膜對負極表面形成保護，阻止電解液和負極的進一步反應，而這層膜的好壞將直接影響電池的各項性能。隨著石墨負極中鋰離子嵌入越來越深入(Stage-4-Stage-1)，負極的表面顏色也逐漸發(fā)生變化，從黑色到青黑色再到暗黃色最后到金黃，石墨負極也完成了C-----LiC12----LiC6的轉變，從而完成了充電過程。從上圖中就可以看出天然石墨和人造水墨在形貌上的區(qū)別，石墨大小顆粒不一，粒徑分布廣，未經處理的天然石墨是不能作為負極材料直接使用的，需要經過一系列的加工后才能使用，而人造石墨在形貌以及粒徑分布上就一致多了；一般認為，天然石墨的容量高，壓實密度高，價格也比較便宜，但是由于顆粒大小不一，表面缺陷較多，與電解液的相容性比較差，副反應比較多；而人造石墨則各項性能比較均衡，循環(huán)性能好，與電解液的相容性也比較好，價格也會貴一些。-^=-0

對于負極材料，常常會聽到一個取向度的概念，也就是所謂的OI對于負極材料，常常會聽到一個取向度的概念，也就是所謂的OI值，它的大小將直接影響著負極的電解液浸潤、表面的阻抗、大倍率充放電性能，也直接影響著負極在循環(huán)過程中的膨脹。取向度=I(004)/1(110)，通過XRD數據可以計算出來。001-ao60E*&￡iS6fi通過上圖可以看出，隨著取向度的降低HiphriiargizigrateperfDnnsjiic?，大倍率充電的能力也在001-ao60E*&￡iS6fi通過上圖可以看出，隨著取向度的降低HiphriiargizigrateperfDnnsjiic?，大倍率充電的能力也在逐漸提升，達到一個穩(wěn)定的值。逐漸提升，達到一個穩(wěn)定的值。\PointbaseConlacyJ=>BetterCond..^^.丿除此以外，石墨負極的形貌也對電池性能有很大的影響，球形石墨顆粒之間的接觸明顯不如不規(guī)則石墨顆粒的接觸，因而阻抗也會大一些，這對材料的設計而言是一個方向，對顆粒大小的匹配以及保證顆粒之間的面接觸，增大接觸面積，降低接觸阻抗，從而達到降低極化的目的。定型的碳材料，從而改善負極的界面阻抗，改善低溫以及循環(huán)性能。而隨著電池能量密度的提升，石墨負極的容量利用率也逐漸接近理論值，同時壓實也會越來越高，這就要求石墨負極的穩(wěn)定性也要隨之提高，目前而言，摻雜和包覆仍然是處理的一個主流手段，改性以后可以使石墨負極在循環(huán)過程中的結構以及表面狀態(tài)得到保護，增強了循環(huán)的穩(wěn)定性，另外，金屬以及非