關(guān)于鋰離子動力電池負(fù)極材料的概述
來源：寶鄂實業(yè)
2020-02-08 14:12
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鋰離子動力電池負(fù)極材料的概述
負(fù)極材料是鋰離子和電子在電池充電過程中的載體，起著能量儲存和釋放的作用。陰極材料約占電池成本的5%-15%，是鋰離子電池的重要原料之一。
鋰電池負(fù)極材料全球銷量約10萬噸，主要產(chǎn)自中國和日本。根據(jù)目前新能源汽車的增長趨勢，對陰極材料的需求也將呈現(xiàn)持續(xù)增長的狀態(tài)。目前，世界上鋰電池正極材料仍以天然/人工石墨為主，介相碳微球(MCMB)、鈦酸鋰、硅基正極、HC/SC、金屬鋰等新型正極材料也在迅速發(fā)展。
作為鋰離子包埋載體，陰極材料應(yīng)滿足以下要求:
插入負(fù)極矩陣的鋰離子的氧化還原電位盡可能低，接近金屬鋰的氧化還原電位，使電池的輸入電壓高。
在基體中大量的鋰可以可逆地插入和脫嵌以獲得高容量。
在插入/脫嵌過程中，負(fù)極的主要結(jié)構(gòu)基本沒有變化。
隨著Li的插入和釋放，氧化還原電位的變化要盡可能的小，這樣電池的電壓變化就不會太大，充放電也能保持穩(wěn)定。
所插入的化合物應(yīng)具有較好的導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，以減少極化，實現(xiàn)大電流充放電。
主要材料具有良好的表面結(jié)構(gòu)，能與液體電解質(zhì)形成良好的SEI。
所插入的化合物在整個電壓范圍內(nèi)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在SEI形成后不會與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
鋰離子在主材料中具有較大的擴散系數(shù)，便于快速充放電。
從實用的角度來看，這種材料應(yīng)該具有更好的經(jīng)濟性和對環(huán)境的友好性。
Dicarbon陽極材料
下圖是常用碳陽極材料的分類。
2.1石墨陽極
石墨，英文名石墨，手感柔軟、油膩，是一種非金屬礦物，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、抗熱震、強度強、韌性好、自潤滑強度高、導(dǎo)熱性好、導(dǎo)電性強等獨特的物理化學(xué)性質(zhì)。
石墨具有許多優(yōu)異的性能，因此廣泛應(yīng)用于冶金、機械、電氣、化工、紡織、國防等工業(yè)部門，如石墨模具、石墨電極、石墨耐火材料、石墨潤滑材料、石墨密封材料等。中國是世界上石墨儲量最豐富的國家，也是世界上最大的石墨生產(chǎn)國和出口國，在世界石墨工業(yè)中占有重要地位。據(jù)國土資源部統(tǒng)計，我國水晶石墨儲量為3085萬噸，基本儲量為5280萬噸。隱晶質(zhì)石墨儲量1358萬噸，基本儲量2371萬噸。
理想的石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，其中SP2的碳原子形成一個類似苯環(huán)的巨大平面。層間碳原子間的鍵長為0.142nm，鍵角為120°。這些層之間也有一個連接所有碳原子的大鍵。中間層為0.3354nm。兩種晶體類型:六角系統(tǒng)- 2 h (a)和菱角水晶系統(tǒng)- 3 r (b)Ø2晶體結(jié)構(gòu)可以相互轉(zhuǎn)換:研磨和供暖。
鋰的石墨包埋機理
石墨的理論容量為372mAh/g，當(dāng)然，只有很高的石墨化率的材料才能達到這個值。然而，所有的碳材料在第一次充放電后都會由于副反應(yīng)而產(chǎn)生不可逆的容量損失。隨著負(fù)極電勢的減小，電解液中的成分停止，直至在負(fù)極表面形成穩(wěn)定的鈍化膜(SEI)。第一次放電出現(xiàn)了4個電壓平臺(如下圖所示)，其中A為SEI的形成，大部分石墨容量在0.3~ 0.005v之間。除了A，不同的電壓平臺對應(yīng)不同的鋰嵌入狀態(tài)，分別稱為四階和三階化合物。最終形成理論容量為372mAh/g的LiC6，晶體表面間距為0.37。(從書刊上看，不懂噴劑!)
