鋰離子電池材料淺析課件

1、理論培訓(xùn)-鋰離子電池材料1、負(fù)極材料2、正極材料 3、鋰電池用粘接劑 4、鋰電池用隔膜 5、鋰電池用電液制作 ：bruin碳負(fù)極材料 石墨軟碳硬碳石墨天然石墨天然鱗片石墨（石墨化程度高）天然土狀石墨（石墨化程度低）人造石墨天然鱗片石墨 結(jié)構(gòu) 呈平面網(wǎng)層結(jié)構(gòu)，層間是通過(guò)分子間力結(jié)合，在插入和脫出鋰離子時(shí)易發(fā)生膨脹和收縮甚至導(dǎo)致石墨層分層剝落，影響電池的循環(huán)壽命；層面是共價(jià)鍵結(jié)合較牢固；天然石墨有兩種晶形：六方晶形和菱形晶形；菱形晶形的可逆性能比六方晶形好，一般天然石墨含有17%的菱形石墨，通過(guò)研磨可將其含量提高的22%理化指標(biāo)層面間（d002）：為兩002晶面間的距離；理想石墨的d002=3.3

2、54nm，若人造石墨的d002值越小，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)越接近理想石墨，也就是石墨程度越高；石墨化度（r)：接理想石墨的程度； r=1-P P為石墨結(jié)構(gòu)無(wú)序度，可用富蘭克林公式計(jì)算 富蘭克林公式：P=(d002 -3.354)/(3.44-3.354)= (d002 - 3.354)/0.086 設(shè)結(jié)構(gòu)最雜亂的碳材料的d002 3.44若某石墨的d002 3.36計(jì)算其石墨化度？r1P1（3.363.354）/0.0860.93=93%碳負(fù)極材料的比容量比容量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的活性物質(zhì)充電或放電到最大程度時(shí)的電量，用 mAh/g表示；理想石墨的嵌入鋰離子形成LiC6時(shí)的理論比容量是372 mAh/g其計(jì)算方

3、法如下：金屬鋰電化學(xué)比容量是3860 mAh/g ，鋰在原子量為6.94，碳的原子量是12.0138606.94/（12.016）372 mAh/g ；對(duì)于非理想石墨的理論比容量計(jì)算：Q372r=372*0.93=346；真密度：理想石墨的真密度為2.266g/cm3，其它石墨材料的真密度只接近其值，不能超過(guò)，越接近說(shuō)明其結(jié)構(gòu)越接近理想石墨，其石墨化度越高；比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量顆粒的表面積總和，用m2/g 表示；在相同質(zhì)量下，顆粒越小其比表面積越大；在所有的幾何體中球的比表面積最小，因此要得到小的比表面積最好將顆粒加工成球形。在鋰離子電池中要求負(fù)極材料的比表面積越小越好，因?yàn)檫@樣可使形成SEI膜

4、面積少，消耗的鋰離子少，不可逆容量損失少，同時(shí)產(chǎn)生的氣體也少；振實(shí)密度：衡量單位體積能裝下活性物質(zhì)的量；越大越好，在單位體積內(nèi)可使負(fù)極活性物質(zhì)裝的很多；D50：要求在1820微米之間，越小比表面積越大，越難分散，越在影響鋰離子的嵌入和脫出速度；天然石墨在電池中的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：石墨化度高，理論比容量高；缺點(diǎn)：循環(huán)壽命差，要在其表面進(jìn)行包覆才能使用（瀝青，環(huán)氧樹(shù)脂，酚酫樹(shù)脂等）；人造石墨是目前鋰電負(fù)極中使用的主要材料；其特點(diǎn)：價(jià)格便易，循環(huán)性能好，但比容量稍低；生產(chǎn)過(guò)程：石油焦煅燒（1300 ） 粉碎混捏成型焙燒石墨化（2800 ） 機(jī)械加工石墨粉MCMB（中間相碳微球）國(guó)內(nèi)又稱(chēng)CMS，其特點(diǎn)：循環(huán)

5、性能好，比容量高，但價(jià)格貴；軟碳：是經(jīng)過(guò)高溫處理能夠轉(zhuǎn)化為石墨的無(wú)定形碳，石油焦、碳纖維等；其特點(diǎn)：石墨化度低，晶形尺寸小，晶面距大，較石墨能大電池充放電，（可快速充放電）且有耐過(guò)充過(guò)放的能力，但有電壓滯后的現(xiàn)象硬碳：是指難石墨化碳，如乙炔黑、酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂裂解的產(chǎn)物；特點(diǎn)：晶面間距相當(dāng)大，比容量高，循環(huán)性能好，但有電壓滯后，首次充放電不可逆損失大；正極材料 鈷酸鋰、鎳酸鋰和尖晶石形的錳酸鋰鈷酸鋰 可分為一次粒子（UM鈷酸鋰）和二次粒子（Seimi鈷酸鋰，經(jīng)過(guò)二次燒結(jié)，結(jié)構(gòu)像葡萄串） 特點(diǎn)：電壓高、比容量高（理論比容量274 mAh/g，實(shí)際可達(dá)145 mAh/g ，55%脫嵌）、循環(huán)壽命

6、好，易制備，但價(jià)格貴； 原料：LiCO3 或LiOH和Co3O4 設(shè)備：隧道窯、回轉(zhuǎn)窯和大功率微波爐方法：高溫固相反應(yīng) 合成溫度：900-950度合成工藝：配料混合造粒燒結(jié)粉碎分級(jí)檢測(cè)包裝 理化指標(biāo)D50：5-10微米，其值越小平臺(tái)越高，安全性差，且制片時(shí)易干漿，難分散；越大則平臺(tái)低；振實(shí)密度：越大越好，在單位空間可裝入更多的活性物質(zhì)，但同時(shí)也要考慮到對(duì)輥時(shí)極片的柔韌性，每種正極材料都有對(duì)輥后的體積密度，它是我們控制對(duì)輥厚度的最直接依據(jù)；比如某種正極材料的對(duì)輥體積密度是3.8g/cm3，正極片的面密度是4.20.0001g/cm2，基體厚度為20微米，求對(duì)輥厚度？H= 4.20.0001/3.

7、820=110.5+20=130.5微米比表面積：越小越好；比表面越大時(shí)，在相同的固含量時(shí)與其它相比，其漿料越稠，即粘度越大；固含量：漿料中固體占整個(gè)漿重量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；固含量越高漿料的粘度越大；PH值：不能超過(guò)11，太高使正極漿料果凍化；鎳酸鋰特點(diǎn)：比容量高（理論比容量274 mAh/g，實(shí)際可達(dá)190 mAh/g ），與鈷酸鋰相比價(jià)格便易；但合成困難，必需在氧氣流中反應(yīng)，且易吸水，正極制漿時(shí)加工性能差，易呈果凍狀。必須與其它金屬參雜才能使用；錳酸鋰特點(diǎn)：價(jià)格比鈷酸鋰和鎳酸鋰都低，制備比鎳酸鋰容易，安全性好，過(guò)充時(shí)晶體發(fā)生變化不會(huì)產(chǎn)生爆炸，但比容量在100120 mAh/g ，較低(理論比容

8、量148 mAh/g)，高溫循環(huán)性差；鋰電池用粘接劑羧甲基纖維素鈉（CMC）CMC為白色粉末，易溶于水，形成透明的溶液，具有良好的分散能力和結(jié)合力，并有吸水和保持水分的能力，在電池中起增稠劑的作用，防止顆粒沉降；聚偏二氟乙烯（PVDF）結(jié)晶化溫度142度，結(jié)晶熔點(diǎn)177度，溶于NMP溶液中，隨著溫度的升高，溶解度增加，溶解速度增加，正極配方中起粘接作用。丁苯乳膠（ SBR ）丁二烯與苯乙烯的共聚物氮甲基吡咯烷酮（NMP）沸點(diǎn)204度，相對(duì)分子量99.13，無(wú)色液體，有氨味，極易吸水，鋰電池用隔膜分類(lèi)：?jiǎn)螌雍腿龑樱≒P、PE、PP）性能指標(biāo)：厚度：25、20、16微米，越薄在單位體積內(nèi)裝的活性物質(zhì)越 多，安全性越差透氣性：是指在一定的條件下，一定量的空氣通過(guò)隔膜所 需時(shí)間，與隔膜的孔徑和孔率有關(guān)機(jī)械強(qiáng)度：分為長(zhǎng)度和垂直方向的拉伸強(qiáng)度刺穿強(qiáng)度：越大安全性越好鋰電池用電液分類(lèi)：液態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)和熔鹽電解質(zhì)電解質(zhì)：LiAsF6、LiPF6、LiClO4等，從導(dǎo)電率、熱穩(wěn)定性和耐氧化性上看LiAsF