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鋰離子電池對負極材料有什么要求

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年03月11日  

鋰離子電池對負極材料的要求


負極材料作為鋰離子電池的核心部件,在應用時通常要滿足以下條件:


①嵌鋰電位低且平穩,以保證較高的輸出電壓;


②允許較多的鋰離子可逆脫嵌,比容量較高;


③在充放電過程中結構相對穩定,具有較長的循環壽命;


④較高的電子電導率、離子電導率和低的電荷轉移電阻,以保證較小的電壓極化和良好的倍率性能;


⑤能夠與電解液形成穩定的固體電解質膜,保證較高的庫侖效率;


⑥制備工藝簡單,易于產業化,價格便宜;


⑦環境友好,在材料的生產和實際使用過程中不會對環境造成嚴重污染;


⑧資源豐富等。


30多年來,雖然不斷有新型鋰離子電池負極材料被報道出來,但是真正能夠獲得商業化應用的卻寥寥無幾,重要是因為很少有材料能兼顧以上條件。例如,雖然金屬氧化物、硫化物和氮化物等以轉化反應為機理的材料具有較高的比容量,但是它們在嵌鋰過程中平臺電位高、極化嚴重、體積變化大、難以形成穩定的SEI且成本高等問題使之不能真正獲得實際應用。


石墨正是因為較好地兼顧了上述條件,才得到了廣泛的應用。此外,雖然Li4Ti5O12容量低且嵌鋰電位高,但是它在充放電過程中結構穩定,允許高倍率充放電,因此在動力鋰電池和大規模儲能中也有一定的應用。


負極材料的生產只是整個電池制作工藝過程中的一環,標準的制定有助于電池公司對材料的優劣做出評判。另外,材料在生產和運輸過程中難免會受到人、機、料、環境和測試條件等因素的影響,只有將它們的各項理化性質參數標準化,才能真正確保其可靠性。


一般而言,負極材料的關鍵性技術指標有:晶體結構、粒度分布、振實密度、比表面積、pH、水含量、主元素含量、雜質元素含量、首次放電比容量和首次充放電效率等,下文將逐一展開說明。


2.2負極材料的晶體結構


石墨重要有兩種晶體結構,一種是六方相(a=b=0.2461nm,c=0.6708nm,α=β=90,γ=120,P63/mmc空間群);另一種是菱方相(a=b=c,α=β=γ≠90,R3m空間群)(表3)。在石墨晶體中,這兩種結構共存,只是不同石墨材料中二者的比例有所差異,可通過X射線衍射測試來確定這一比例。


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