《锂离子负极材料》.pdfVIP

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石墨负极材料介绍

•锂离子电池的开展源于上世纪90年代,至

今不过20年,在过去的20年是锂电行业的

一次飞跃,随着各国对环境、新能源的重

视,锂离子电池更会有突飞猛进的开展。

•本幻灯片共分两章,第一章石墨与锂离子

电池,将简单介绍石墨在锂电中的应用;

第二章锂电负极材料的开展与现状,简单

陈述锂离子电池的现状和开展趋势。

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第一章石墨与锂离子电池

石墨质软、有滑腻感,是一种非金属

矿物质,具有耐高温、耐氧化、抗腐

蚀、抗热震、强度大、韧性好、自润

滑强度高、导热、导电性能强等特有

的物理、化学性能。

英文名称:graphite

分子式:C

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用途广泛

石墨具有许多优良的性能,因而在

冶金、机械、电气、化工、纺织、

国防等工业部门获得广泛应用,比

储量丰富

方石墨模具、石墨电极、石墨耐火

材料、石墨润滑材料、石墨密封材

我国是世界上石墨储量最丰富的国

料等。

家,也是第一生产大国和出口大国,

在世界石墨行业中占有重要地位。

据我国国土资源部统计资料显示,

我国晶质石墨储量3085万吨,根底

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分类

天然石墨可以分为晶质石墨和微晶石墨

两类。晶质石墨结晶较好,是含碳质的

岩石经长期地质作用变质的矿物,呈明

显的片状或板状,又称鳞片石墨;微晶

石墨一般呈微晶集合体,是煤变质矿物,

结构

也称无定形石墨、土状石墨、隐晶石墨。

除天然石墨之外还有人造石墨,人造石

石墨属于六方晶系,其晶体是由碳原子

墨是一种用炭素材料〔如石油焦、沥青

组成的六角网状平面规那么堆砌而成,

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焦、针状焦〕为原料经热干馏加工而成。

石墨存在两种晶体结构:六方形结构和菱形结构,六方形结构为

ABABAB…堆积模型、菱形结构为ABCABCABC…堆积模型,如

以下图所示:〔a〕为六方形结构,〔b〕为菱形结构。

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碳碳双键组成六方形结构,构成一个平面〔墨平面〕,这些墨平面

相互堆积起来,就成为石墨晶体。石墨晶体的参数主要有La、Lc和

d002,La为石墨晶体沿a轴方向的平均大小,Lc为墨平面沿与其垂

直的c轴方向进行堆积的厚度,d002为墨平面之间的距离。

完整石墨晶体的一些结构参数

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石墨作为锂离子电池负极材料

锂离子电池是指以两种不同的能够

可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化

合物分别作为电池正极和负极的二

次电池体系。充电时,锂离子从正

极脱嵌,通过电解质和隔膜,嵌入

到负极中;放电时那么相反,锂离

子从负极脱嵌,通过电解质和隔膜,

嵌入到正极中。

锂离子电池的负极是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状

胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧,经枯燥、滚压而成。

石墨由于具备电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前

后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点,成为目前主流的商

业化锂离子电池负极材料。

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石墨的嵌锂机理

石墨导电性好,结晶程度高,具有良好的层状结构,十分适合锂离

子的反复嵌入-脱嵌,是目前应用最广泛、技术最成熟的负极材料。

锂离子嵌入石墨层间后,形成嵌锂化合LixC6

〔0≤x≤1〕,理论容量可达372mAh/g〔x=1〕,反响式为:xLi++

6C+xe-→LixC6

锂离子嵌入使石墨层与层之间的堆积方式由ABAB变为AAAA,如以

下图所示。

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石墨的改性处理

由于石墨层间距〔d002≤0.34nm〕小于石墨嵌锂化合物LixC6的晶面层

间距〔0.37nm〕,致使在充放电过程中,石墨层间距改变,易造成石

墨层剥落、粉化,还会发生锂离子与有机溶剂分子共同嵌入石墨层及

有机溶剂分解,进而影响电池循环性能。

通过石墨改性,如在石墨外表氧化、包覆聚合物热解炭

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