鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展

1、鋰離子電池鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展負(fù)極材料研究進(jìn)展鋰離子電池概述鋰離子電池概述鋰離子電池負(fù)極材料研究現(xiàn)狀鋰離子電池負(fù)極材料研究現(xiàn)狀我的項(xiàng)目我的項(xiàng)目結(jié)束語結(jié)束語TextTextText鋰離子電池的應(yīng)用鋰離子電池的應(yīng)用 鋰離子電池以碳素材料鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。池的總稱。鋰離子電池需求情況重點(diǎn)考鋰離子電池需求情況重點(diǎn)考察手機(jī)和筆記本兩大下游的察手機(jī)和筆

2、記本兩大下游的情況。情況。工作原理工作原理 同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。越高。 當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充

3、電容量越高。負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。（先恒流再恒壓）（先恒流再恒壓）使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)：第一，放電電流不能過大第二，絕對(duì)不能過放電第三，避免在嚴(yán)酷條件下使用第四，避免將電池長(zhǎng)時(shí)間“存放”在 停止使用的用電器具中組成部分組成部分正極正極活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料。鈷錳酸鋰材料。隔膜隔膜一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。通過。有機(jī)電解液有機(jī)電解液溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶溶

4、解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。電池外殼電池外殼分為鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼、分為鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼、鋁塑膜等，還有電池的蓋帽，也是電池的正鋁塑膜等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負(fù)極引出端。負(fù)極引出端。welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience負(fù)極材料種類負(fù)極材料種類負(fù)極材料：負(fù)極材料：xLi + xe + 6C LixC6 放電時(shí)：放電時(shí)：LixC6 xLi + xe + 6C 第一種是第一種是碳負(fù)極材料碳負(fù)極材料：

5、實(shí)際用于鋰離子電池的負(fù)極材料基：實(shí)際用于鋰離子電池的負(fù)極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。 第二種是第二種是錫基負(fù)極材料錫基負(fù)極材料：錫基負(fù)極材料可分為錫的氧化物：錫基負(fù)極材料可分為錫的氧化物和錫基復(fù)合氧化物兩種。氧化物是指各種價(jià)態(tài)金屬錫的氧化和錫基復(fù)合氧化物兩種。氧化物是指各種價(jià)態(tài)金屬錫的氧化物。第三種是物。第三種是含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料。第四種是。第四種是合金合金類負(fù)極材料類負(fù)極材料：包括錫基合金、硅基合金、鍺基合金、鋁基

6、合：包括錫基合金、硅基合金、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金和其它合金金、銻基合金、鎂基合金和其它合金 第五種是納米級(jí)負(fù)極第五種是納米級(jí)負(fù)極材料：納米碳管、納米合金材料。材料：納米碳管、納米合金材料。 第六種第六種納米材料是納米氧化物材料納米材料是納米氧化物材料：諸多公司已經(jīng)開始使：諸多公司已經(jīng)開始使用納米氧化鈦和納米氧化硅添加在以前傳統(tǒng)的石墨，錫氧化用納米氧化鈦和納米氧化硅添加在以前傳統(tǒng)的石墨，錫氧化物，納米碳管里面，極大的提高鋰電池的充放電量和充放電物，納米碳管里面，極大的提高鋰電池的充放電量和充放電次數(shù)。次數(shù)。負(fù)極材料發(fā)展負(fù)極材料發(fā)展負(fù)極發(fā)展史負(fù)極發(fā)展史 二次鋰電池負(fù)極材料經(jīng)歷了由

7、金屬鋰到鋰合金、碳材料、氧化物二次鋰電池負(fù)極材料經(jīng)歷了由金屬鋰到鋰合金、碳材料、氧化物再到納米合金的演變過程。再到納米合金的演變過程。碳材料碳材料 自從自從 1990 1990 年年 Sony Sony 公司推出以石油焦炭為負(fù)極的鋰離子公司推出以石油焦炭為負(fù)極的鋰離子電池，碳負(fù)極材料受到了人們極大的關(guān)注。這些炭質(zhì)材料價(jià)格電池，碳負(fù)極材料受到了人們極大的關(guān)注。這些炭質(zhì)材料價(jià)格便宜、來源豐富、性能穩(wěn)定、能提供低而平穩(wěn)的工作電壓便宜、來源豐富、性能穩(wěn)定、能提供低而平穩(wěn)的工作電壓石墨烯基雜化材料石墨烯基雜化材料231石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能能增強(qiáng)金屬電極材料中活性石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能能增強(qiáng)金屬電極材料中活

8、性物質(zhì)與集流體的導(dǎo)電接觸物質(zhì)與集流體的導(dǎo)電接觸石墨烯片層柔韌性在無石墨烯片層柔韌性在無外力作用下表面卷曲皺外力作用下表面卷曲皺褶褶石墨烯表面的活化核點(diǎn)能控制在其表面生長(zhǎng)的顆粒石墨烯表面的活化核點(diǎn)能控制在其表面生長(zhǎng)的顆粒保持在納米尺寸，使鋰離子和電子的擴(kuò)散距離變小，保持在納米尺寸，使鋰離子和電子的擴(kuò)散距離變小，改善材料的倍率性能改善材料的倍率性能4納米顆粒能覆蓋住石墨納米顆粒能覆蓋住石墨烯表層，最大程度防止烯表層，最大程度防止電解質(zhì)插入石墨烯片層電解質(zhì)插入石墨烯片層導(dǎo)致電極材料剝落現(xiàn)象，導(dǎo)致電極材料剝落現(xiàn)象，從而改善材料的循環(huán)穩(wěn)從而改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性能定性能我的項(xiàng)目我的項(xiàng)目以大米煅燒后的物質(zhì)為

9、活性材料的負(fù)以大米煅燒后的物質(zhì)為活性材料的負(fù)極材料制備和電化學(xué)性能測(cè)試極材料制備和電化學(xué)性能測(cè)試8-8-羥基喹啉羥基喹啉-Zn-Zn為活性材料的負(fù)極材為活性材料的負(fù)極材料制備和電化學(xué)性能測(cè)試料制備和電化學(xué)性能測(cè)試8-羥基喹啉羥基喹啉-Zn拉曼光譜拉曼光譜煅燒后的煅燒后的8-8-羥基喹羥基喹啉啉-Zn-Zn在在13501350和和15801580處分別有處分別有D D帶帶和和G G帶，說明我們帶，說明我們所制備的材料具有所制備的材料具有石墨烯結(jié)構(gòu)。其層石墨烯結(jié)構(gòu)。其層狀結(jié)構(gòu)有利于金屬狀結(jié)構(gòu)有利于金屬離子的鑲嵌。離子的鑲嵌。01000200030004000-40-20020406080100 I

10、ntensity(a.u)Raman shifts(cm-1)制備過程制備過程1 1、混合回流混合回流（三角瓶回流，磁力攪拌，（三角瓶回流，磁力攪拌，9090度，度，4 4小時(shí)）小時(shí)）2 2、抽濾抽濾水洗醇洗水洗醇洗（各兩次）（各兩次）3 3、干燥干燥（干燥箱（干燥箱6060度度2424小時(shí)）小時(shí)）4 4、煅燒煅燒（管式爐（管式爐500500度度2020分鐘，有待改善煅燒條件）分鐘，有待改善煅燒條件）4.14.1超聲酸洗超聲酸洗（50ml50ml的的4M4M的的HClHCl攪拌攪拌2h2h，超聲，超聲2h2h，再攪拌，再攪拌2h2h) )并并抽濾抽濾( (或離心）或離心）5 5、洗滌洗滌（水洗

11、即可）（水洗即可）6 6、干燥干燥（干燥箱（干燥箱6060度度1212小時(shí)）小時(shí)）7 7、研磨研磨（8:18:1與乙炔黑充分混合）與乙炔黑充分混合）8 8、干燥、干燥制備過程制備過程9、PVDF磁力攪拌磁力攪拌（2ml粘結(jié)劑，磁力攪拌粘結(jié)劑，磁力攪拌4小時(shí)）小時(shí)）10、涂抹涂抹（銅箔）并（銅箔）并干燥干燥（80度真空干燥）度真空干燥）11、干燥干燥（80度真空干燥）度真空干燥）12、組裝電池組裝電池（正極，涂有活性材料的銅箔，隔膜，鋰片，（正極，涂有活性材料的銅箔，隔膜，鋰片，泡沫鎳，負(fù)極的順序，每做一步滴加電解液）泡沫鎳，負(fù)極的順序，每做一步滴加電解液）13、測(cè)試測(cè)試14、總結(jié)總結(jié)性能測(cè)試性

12、能測(cè)試0.02mol0.02mol醋酸鋅醋酸鋅（150mL150mL水）水）+0.01mol+0.01mol8-8-羥基喹啉羥基喹啉（50mL50mL乙醇）為乙醇）為活性物質(zhì)材料?；钚晕镔|(zhì)材料。在在100100次內(nèi)的放電次內(nèi)的放電比容量變化情況。比容量變化情況。圖分別是圖分別是0.5C0.5C和和5C5C條件下的放電條件下的放電比容量比容量循環(huán)次循環(huán)次數(shù)曲線圖數(shù)曲線圖。大米為活性物質(zhì)大米為活性物質(zhì)1 制備流程：制備流程：大米煅燒至灰大米煅燒至灰加入炭黑研磨加入炭黑研磨干燥干燥加入加入PVDFPVDF磁磁力攪拌力攪拌涂抹銅箔并干燥涂抹銅箔并干燥 組裝電池組裝電池 電化學(xué)性能測(cè)試電化學(xué)性能測(cè)試我們

13、已經(jīng)制備成我們已經(jīng)制備成功大米煅燒后的功大米煅燒后的材料為活性物質(zhì)材料為活性物質(zhì)的鋰離子電池負(fù)的鋰離子電池負(fù)極材料，放電比極材料，放電比容量可到容量可到 200-400mAh/g 200-400mAh/g。圖為所制備負(fù)極材料在所制備負(fù)極材料在100100次次內(nèi)的放電比容量變化情況。內(nèi)的放電比容量變化情況。發(fā)展方向發(fā)展方向負(fù)極材料的研究重點(diǎn)將朝著高比容量負(fù)極材料的研究重點(diǎn)將朝著高比容量(特別是體積特別是體積比容量比容量)、高充放電效率、高循環(huán)性能和較低的成、高充放電效率、高循環(huán)性能和較低的成本方向發(fā)展，實(shí)用性負(fù)極材料的比容量將突破本方向發(fā)展，實(shí)用性負(fù)極材料的比容量將突破Li匕理論比容量匕理論比容量(372mAhg)。此外，含有鋰源的負(fù)極材料如鋰的過渡金屬此外，含有鋰源的負(fù)極材料如鋰