锂电池石墨负极材料的优缺点是什么?

2024-01-02      505 次浏览

近年来,碳作为锂离子电池的负极材料引起了广泛的注意。重要是因为防止使用性质活泼的金属锂,减少在负极表面形成的锂枝晶,从而得到高的安全性和良好的循环性能。不同类型碳的电化学性能差异较大,其中石墨由于具有高的主体容量(LiC6)和低的电极电势(0。01~0。2V)而被认为是比较合适的负极材料。但使用石墨作负极时最重要的缺点是在第1次充放电过程中电解液分解造成较大的不可逆容量,而溶剂分子的共嵌入则直接导致了石墨层的塌陷,从而使电极的循环寿命急剧衰减。对同一种石墨材料,在电极制备过程中,粘合剂、导电碳黑的比例以及颗粒度分布对其电化学性能也有较大影响。


本文利用循环伏安及电化学容量测试技术,研究了以人造-修饰石墨作为锂离子电池基质材料制备负极板时的各种影响因素,以期获得最佳组成,以利于提高锂离子电池综合性能,为该类电池负极的设计与材料的选择供应实验依据。

在现实生活中,石墨除了能用来生产耐火材料、耐磨润滑材料、高温冶金材料外,还是目前主流商业化的锂电负极材料。


天然石墨和人造石墨一直是使用最大的负极材料,但是人造石墨由于在生产过程中要高温处理,使其生产成本大幅提高并对环境出现不利影响。


相关于人造石墨而言,天然石墨有很多优点,它的成本低、结晶程度高,提纯、粉碎、分级技术成熟,充放电电压平台低,理论比容量高等,这些为其在锂离子电池行业的应用奠定了良好的基础。


石墨材料因具有稳定性高、导电性好、来源广等优点,被认为是目前较为理想的锂离子电池负极材料。但天然石墨负极比容量及倍率性能不能满足高性能负极材料的要,为解决这一问题,研究者们对其进行了一系列的改性研究。


锂离子电池石墨负极材料优点:


(1)石墨来源广泛,储量丰富;


(2)经过改性后振实密度较高;


(3)电化学性能较为稳定;


(4)实际比容量密度可以与理论比容量相接近。


锂离子电池石墨负极材料缺点:


(1)克容量不足,难以满足动力锂电池的实际需求;


(2)纯度较低,副反应较多;


(3)层状结构稳定性较差,经过长时间充放电循环后易坍塌,导致比容量严重下降以及储能寿命大幅度缩短;


(4)倍率性能较差,不能进行大电流充放电,则否会损害电池;


(5)充放电平台过低。


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