第五章锂离子电池技术3案例.ppt

锂离子动力电池负极材料 ;;不同负极材料的能量密度;一、 碳材料的种类及结构;材料的结构;;二. 碳材料的电化学性能1.石墨化碳材料;插锂过程;SEI膜;2、无定形碳材料 ;三. 碳材料的改性;磷元素引入到石油焦中主要是影响碳材料的表面结构，使碳材料的层间距增加，石墨晶体变大，掺杂效果导致可逆容量高达550mAh／g。;3、表面处理氧化处理;石墨化碳负极材料;中间相碳微球(MCMB);中间相碳微球(MCMB)的优点;石墨化碳纤维;天然石墨;鳞片石墨片层结构的SEM照片;天然石墨的球形化 克服天然石墨缺陷 提高天然石墨的振实密度 ;非石墨化碳负极材料;软碳;几种软碳;;硬碳球磨前后的SEM照片;锂嵌入无定形碳材料中，首先嵌入到石墨微晶中，然后进入石墨微晶的微孔中。在嵌脱过程中，锂先从石墨微晶中发生嵌脱，然后才是微孔中的锂通过石墨微晶发生嵌脱，因此锂在发生嵌脱的过程中存在电压滞后现象。 没有经过高温处理，碳材料中残留有缺陷结构，锂嵌入时与这些结构发生反应，导致首次充放电效率低 此外，缺陷结构在循环时不稳定，容量随循环的进行而衰减 ;§新型合金材料;一、硅及硅化物;;;1.锡的氧化物储锂机理;ii、离子型(以SnB0.5P0.5O3为例);iii、复合型;降低不可逆容量的方法;2、复合氧化物;C、 容量 容量大小与Sn—O活性中心的多少有关，最大可逆容量超过600mAh/g。 另外，加入的其他氧化物使混合物形成无定形玻璃体，同结晶态的锡的氧化物相比，锂的扩散系数提高，有利于锂的可逆插人和脱出。 该复合氧化物的密度比石墨高，可达3.7g／cm3，每摩尔复合单元氧化物可储存8mol锂，体积容量密度大于2200mAh/cm3，比当今的碳基负极材料要高2倍以上。该无定形结构在可逆充放电过程中没有遭到破坏。;C、锡基合金;1、Sn-Cu合金 ;锂的插入过程: 1、 在0.4V的放电平台首先形成Li2CuSn结构，Cu6Sn5+Li? Li2CuSn 2、达0.1V以下时， Li2CuSn +Li ?Li4.4Sn +Cu ， 锂的脱出过程: 首先锂从Li4.4Sn-Li ?Li4.4-xSn。 随锂的不断脱出，Li4.4-xSn+Cu ? Li2CuSn。 Li2CuSn-Li+Cu? Li2-xCuSn。 Li2-xCuSn Li+Cu ? Cu6Sn5。0.8V的电压平台对应于Li2-xCuSn与Cu6Sn5的共存。 初始容量为200mAh/g，比石墨小，但是体积容量大。以8.28g/cm3的密度为例，200mAh/g对应于1656mAh/cm3，而LiC6仅为850mAh/cm3。;2、Sn-Ni合金 ;Sn-Ni多孔合金负极;Ni3Sn2 多孔合金的微结构(SEM, TEM);Ni3Sn2 多孔合金的组成结构表征(TEM, XRD, BET);Ni3Sn2 多孔合金的形成过程（反应中间产物形态）;Ni3Sn2 多孔合金的储锂性能;§过渡金属氧化物负极材料;金属氧化物负极材料储锂机制; 目前存在的问题：倍率性能过低，满足不了动力电源的需求。 碳存在的形式有：无定形碳、石墨化碳、石墨烯、碳纳米管等。 通过与碳材料复合，形成“mixed-conductor matrix”，缓解电极活性物质在循环过程中体积巨大膨胀，提高循环稳定性和倍率性能。同时由于引入导电性良好的碳材料，进一步提高了电极的电子传导率，从而提高材料的高倍率性能。 ;碳包覆Li4Ti5O12多孔负极材料;碳包覆Li4Ti5O12空心球负极材料;碳包覆Li4Ti5O12空心球负极材料;碳包覆Li4Ti5O12空心球负极材料;碳包覆Li4Ti5O12空心球负极材料;碳包覆Li4Ti5O12空心球负极材料;碳包覆Li4Ti5O12空心球负极材料;优点： 阵列薄膜为三维有序纳米结构，电化学反应过程中，锂离子扩散路径短，电极材料比表面积大且活性材料较多，有助于提高电池的容量、倍率性能和循环性能； 有序的纳米棒或者纳米管能保证良好的趋向性，有利于大电流充放电时，锂离子在阵列单元中的扩散； 电极活性材料可以直接生长在金属集流器基体上，保证了活性物质与集流体之间的良好接触； 可以直接用作电极活性物质而不再需要导电剂、粘结剂等，可以消除杂质对充放电的影响，提高电池的能量密度和功率密度。 目前模板法的不足： 制备较难，不利于大规模应用。;Li4Ti5O12阵列薄膜结构负极;Li4Ti5O12阵列薄膜结构负极制备路线;前驱体ZnO纳米棒阵列结构薄膜 ;前驱体 TiO2 纳米管阵列结构薄膜;产物Li4Ti5O12@C 纳米管阵列结构薄膜;Li4Ti5O12@C 纳米管阵列结构薄膜的储锂性能;构造柔性 Li4Ti5O12/LiCoO2全电池;结束语