海扬粉体联系电话

微晶石墨锂离子电池负极材料

文章来源:https://www.hayondpowder.cn 发布时间:2020-01-22 浏览次数:140

天然石墨作为锂离子电池负极材料具有理论比容量高( 372mAh/g,LiC6)、嵌锂电位低、价格便宜和材料来源广泛等优势,根据结构可分为微晶石墨鳞片石墨和脉状石墨三类。微晶石墨颗粒由不同取向的尺寸小于l”m的微晶组成,表现出近各向同性,而鳞片石墨具有发达的石墨片层结构,表现为各向异性,因此微晶石墨电化学稳定好,但首次充放电效率低。放电过程中,电解质和有机溶剂化学反应在负极材料表面形成的固体电解质界面( SEI)膜,是不可逆容量产生的主要原因。因此,微晶石墨的改性方法与改善SEI的组成和性质有着密切关系。

微晶石墨针对提高其首次充放电性能和大电流充放电性能的改性方法有整形和分级、表面包覆、表面氧化和元素掺杂等。

整形和分级。石墨的粒度分布和表面形貌对其电化学性能有较大影响。为了获得理想粒度分布和外形的天然石墨粉体,需要首先进行整形和分级处理。整形的主要目的是使墨微粒成球形,从而可以减少石墨的比表面积,提高堆积密度和能量密度。一般采取的方1法是利用机械力将鳞片石墨片层扭曲成球形,相关技术和设备已经非常成熟。微晶石墨由于机械性能较差,在机械力的作用下极易粉碎,无法使用常规整形设备,因此需要独特的结构设计。分级的主要目的是获得一定粒径分布的天然石墨粉体。综合考虑粒径分布对可逆和不可逆容量的贡献,因此存在一个粒径分布的最佳值。需要说明的是,天然石墨的粒径分布并非越集中越好,考虑到电极的堆积密度等因素,实际使用的负极材料往往需要一定的粒度级配。

表面包覆。主要作用在于:覆盖天然石墨表面的活性位点,减少不可逆副反应的发生;降低天然石墨比表面积,减少sⅨ膜的生成;隔绝石墨颗粒与电解液,防止溶剂共插入造成容量下降;对石墨的体积膨胀起约束和缓冲作用,增加循环稳定性。表面包覆物主要包括无定形炭、各种金属和金属氧化物等。定性外,金属及氧化物的沉积或表面包覆还有助于增加比容量、增强电极的大电流充放电性能等,如Ni和Sn0等。以酚醛树脂或有机物为前躯体制备热究工作也非常多从性能、成本和设备负载程度等因素考虑,热解炭包覆是目前工业化生产普遍采用的包覆方式。

表面氧化。微晶石墨的SEI膜稳定性和不可逆容量与表面的不规则结构密切相关,通过表面弱氧化处理,除去部分不规则的SP3杂化原子,同时增加锂的嵌入/脱嵌通道,提高可逆容量。表面氧化包括气相氧化和液相氧化。气相氧化的氧化剂为空气、C02、等氧化性气体,液相氧化指的是采用( NH4)  S208、HN03、H202等强氧化剂进行石墨表面改性。改性后样品的电化学性能受氧化剂氧化能力影响。此外在氧化的过程中,可以引入Ni、Co、Fe等元素作为催化剂,除了可以加速催化作用外,还可以增加微孑L和通道的数量。同时催化剂可以与锂形成合金增加容量。

元素掺杂。由于微晶石墨的理论容量偏低,可以引入某些金属或非金属元素改变石墨表面微观结构和电子状态,目前研究较多的是硼、硅、磷,等非金属元素和Fe、Co,Ni,等金属元素的掺杂。硼的引入有助于提高可逆容量,主要原因在于硼具有缺电子性,当锂离子嵌入碳负极时可以有效的增加锂与碳材料的结合能,同时能够减少碳材料表面的缺陷和位错。金属元素掺杂中,掺人K元素可以提高大电流的充放电性能,主要在于1c会与碳材料首先形成插层化合物KC8,脱嵌后层间距比石墨要大,这样有利于锂离子快速的嵌入。掺人金属钒或钴则可以起催化剂的作用,有利于石墨结构的形成,从而增加可逆容量。不同睁元素掺杂具有不同的机理,其效果也各不相同。

未来相当长的时间内,负极材料仍然将以炭材料为主,特别是具有石墨结构的炭材料。随着锂离子电池产业链的壮大,作为商用负极原料的天然鳞片石墨价格迅速上升。电极成本的升高势必会阻碍锂离子电池的大规模应用。相比鳞片石墨,微晶石墨成本更低,循环稳定性更好,有望通过改性处理进一步增强循环稳定性,从而实现在高端锂离子电池中替代人造石墨。研究的方向应该在兼顾性能和成本的条件下,改善石墨负极材料的电化学性䏍旨,尤其是可逆放电容量和大电流充放电具有重要意义。微晶石墨颗粒具有各向同性的特点,有可能满足动力电池高倍率、长寿命等要求。海扬粉体,云母粉,硅微粉,高岭土,硫酸钡,光扩散剂.

cache
Processed in 0.008543 Second.