锂离子电池负极材料优秀PPT.ppt
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1、概要概要1 石墨作为锂电池负极材料的探讨现状石墨作为锂电池负极材料的探讨现状2 钛酸锂作锂电池负极材料的探讨现状钛酸锂作锂电池负极材料的探讨现状3 各种锂离子负极材料性能比较各种锂离子负极材料性能比较4 自然石墨自然石墨 4.1 改性方法改性方法 4.1.1 包覆有机物包覆有机物 4.1.2 掺杂掺杂 4.1.3 表面氧化处理表面氧化处理 4.1.4 机械研磨机械研磨5 钛酸锂钛酸锂 5.1 合成方法合成方法 5.1.1 固相反应法固相反应法 5.1.2 溶胶溶胶凝胶法凝胶法 5.2 改性方法改性方法 5.2.1 掺杂掺杂 5.2.2 包覆导电物质包覆导电物质石墨作为锂电池负极材料的探讨现状石
2、墨作为锂电池负极材料的探讨现状 国外:自从国外:自从Sony公司商品化公司商品化1865型型锂离子蓄电池,单位体积比能量大约以锂离子蓄电池,单位体积比能量大约以每年每年10的幅度增加,主要贡献来自负的幅度增加,主要贡献来自负极碳材料,自然石墨具有石墨化程度高、极碳材料,自然石墨具有石墨化程度高、比容量高、成本低的优势,始终是负极比容量高、成本低的优势,始终是负极材料探讨开发的重点之一,日本材料探讨开发的重点之一,日本SANYO公司接受优质自然石墨为原料,通过表公司接受优质自然石墨为原料,通过表面修饰,提高其充放电循环性能,已成面修饰,提高其充放电循环性能,已成功用于锂离子电池生产,国外探讨自然
3、功用于锂离子电池生产,国外探讨自然石墨作负极材料迅猛发展,其实际应用石墨作负极材料迅猛发展,其实际应用范围也从便携式电子产品拓宽到电动自范围也从便携式电子产品拓宽到电动自行车、航空航天、空间军事等领域。行车、航空航天、空间军事等领域。国内:现在商品化锂离子蓄电池广泛运用的负极材料是碳材料,概括起来碳国内:现在商品化锂离子蓄电池广泛运用的负极材料是碳材料,概括起来碳负极材料的发展主要经验了三代:第一代中间相碳微球和微碳纤维,可逆比容负极材料的发展主要经验了三代:第一代中间相碳微球和微碳纤维,可逆比容量约为量约为310mAhg,不行逆比容量约,不行逆比容量约20 mAhg,这类材料的电极制备工艺简
4、,这类材料的电极制备工艺简洁,倍率放电性好,但价格较高。其次代是低表面积的人造石墨,可逆比容量洁,倍率放电性好,但价格较高。其次代是低表面积的人造石墨,可逆比容量约约330 mAhg,不行逆比容量,不行逆比容量30mAhg左右,价格较便宜,从材料的低成本左右,价格较便宜,从材料的低成本和高容量的发展要求看,高积累密度的自然石墨是今后的发展趋势,该第三代和高容量的发展要求看,高积累密度的自然石墨是今后的发展趋势,该第三代负极材料的可逆比容量可高达负极材料的可逆比容量可高达350 mAhg,不行比容量约为,不行比容量约为40 mAhg,价,价格可望降到格可望降到15$kg以下。但单纯的自然石墨不能
5、简洁用作锂离子蓄电池的负极以下。但单纯的自然石墨不能简洁用作锂离子蓄电池的负极材料,必需通过造型、表面修饰来提高材料的涂膜性、电极的充放电特性和降材料,必需通过造型、表面修饰来提高材料的涂膜性、电极的充放电特性和降低不行逆比容量。低不行逆比容量。钛酸锂作锂电池负极材料的探讨现状钛酸锂作锂电池负极材料的探讨现状 国外:日本石原产业应用了以湿国外:日本石原产业应用了以湿法反应为基础的粉体合成技术,通过让法反应为基础的粉体合成技术,通过让锂和钛进行湿法反应,使材料组成匀整,锂和钛进行湿法反应,使材料组成匀整,并通过限制粒子的最佳形态,得到了与并通过限制粒子的最佳形态,得到了与理论容量近似的理论容量近
6、似的170mAhg的充放电容的充放电容量。量。目前,国外对钛酸锂的探讨工作比较靠目前,国外对钛酸锂的探讨工作比较靠前,已经将钛酸锂与前,已经将钛酸锂与LiNi1/3Mn3/2O4、Li2Co0.4Fe0.4Mn3.2O8 LiCoO2等不等不同的正极材料组成锂离子电池、全固态同的正极材料组成锂离子电池、全固态锂离子电池或半电池超级电容器,并进锂离子电池或半电池超级电容器,并进行了系统性能检测。但是,目前的探讨行了系统性能检测。但是,目前的探讨也还存在不足之处,仍需接着开展相关也还存在不足之处,仍需接着开展相关的探讨工作。的探讨工作。国内:国内:Li4Ti5012具有可供锂离子快速运动的具有可供
7、锂离子快速运动的三维通道,并且具有电位平台宽、循环寿命长、表三维通道,并且具有电位平台宽、循环寿命长、表面不形成钝化膜、成本低等优良性能,是特别志向面不形成钝化膜、成本低等优良性能,是特别志向的活性材料。电极是能量贮存和转化的主要场所,的活性材料。电极是能量贮存和转化的主要场所,也是荷电粒子也是荷电粒子(电子和离子电子和离子)出入的通道。为了使电出入的通道。为了使电极过程能够快速高效地进行,电极还必需具有良好极过程能够快速高效地进行,电极还必需具有良好的电子和离子传输实力。在电极制作工艺中,通常的电子和离子传输实力。在电极制作工艺中,通常接受将活性材料粉末与石墨、碳黑或纤维等导电剂接受将活性材
8、料粉末与石墨、碳黑或纤维等导电剂混合的方法来提高电极的导电实力。混合的方法来提高电极的导电实力。各种锂离子负极材料性能比较:各种锂离子负极材料性能比较:比容量比容量可逆容可逆容量量循环性循环性能能导电性导电性充放电充放电效率效率碳材料碳材料200400300350不好不好好好90%金属氧化物金属氧化物(Li4Ti5O12)约约172接近接近100%好好不好不好几乎几乎100%金属间化合金属间化合物(物(Sn基)基)约约600约约50%不理想,不理想,迅速下迅速下降降一般一般不高不高金属氮化物金属氮化物(Li7MnN4)200100%差差好好好好自然石墨:自然石墨:石墨具有完整的层状晶体结构,片
9、层石墨具有完整的层状晶体结构,片层结构中碳原子以结构中碳原子以sp2杂化方式结合成六角杂化方式结合成六角网状平面,志向石墨的层间距为网状平面,志向石墨的层间距为03354 nm,层与层之间以范德华力结合。,层与层之间以范德华力结合。自然石墨在价格性能比方面有着优势,价格低,良自然石墨在价格性能比方面有着优势,价格低,良好的放电平台,比容量高可达好的放电平台,比容量高可达372mAh/g,但是在,但是在第一次充放电时,会在碳表面形成钝化膜,造成容第一次充放电时,会在碳表面形成钝化膜,造成容量损失碳电极的电位与锂的电位很接近,当电池过量损失碳电极的电位与锂的电位很接近,当电池过充电时,金属锂可能在
10、碳电极表面析出,形成枝晶充电时,金属锂可能在碳电极表面析出,形成枝晶而引发平安性问题,这些促使人们接着探讨找寻碳而引发平安性问题,这些促使人们接着探讨找寻碳负极材料的替代物。因此,自然石墨的改性主要在负极材料的替代物。因此,自然石墨的改性主要在于提高石墨负极材料的循环性能于提高石墨负极材料的循环性能。自然石墨的改性方法:自然石墨的改性方法:包覆有机物:能够有效的阻挡石墨在充放包覆有机物:能够有效的阻挡石墨在充放电过程中发生层状剥落现象,从而有效的电过程中发生层状剥落现象,从而有效的提高复合炭材料的循环稳定性,改善自然提高复合炭材料的循环稳定性,改善自然石墨的界面性质,防止溶剂化锂离子插入石墨的
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