锂离子电池负极材料-原理及应用骆兆军.pdfVIP

锂离子电池负极材料

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n1．锂离子电池工作原理

n2．负极材料的种类

n3．石墨化过程

n4．石墨材料的基本结构及晶体性

n5．石墨的储锂机理

n6．影响石墨电化学性能的一些因素

1．锂离子电池工作原理

2．负极材料的种类

图2不同锂离子电池正负极材料的电压-容量图

n自锂离子电池的商品化以来，研究的负极材料有以下几种：碳素材料、氮化物、硅

材料、锡基材料、新型合金及纳米材料。

n已经成功应用于锂离子电池的负极材料本上都是碳素材料，如石墨、中间相碳微珠

（MCMB）、石油焦、碳纤维等。

3．石墨化过程

图3锂离子电池碳负极材料分类

图4石墨化过程中墨片分子的堆积情况

n碳化过程中也发生石墨化过程，但是此时的石墨晶体很小，因此不认为是石墨化过程；

n石墨化过程一般是指在碳化过程以后继续进行的热处理过程，温度通常在2000℃以上；

n在石墨化过程中，随石墨化程度的提高，碳材料的密度逐渐增加，而对于孔隙的数目

而言则是逐渐减少。孔结构同样有开孔和闭孔两种。随石墨化程度增加，闭孔的相对

含量较低，而开孔的相对含量升高。

4．石墨材料的基本结构及晶体性质

nC-C键的键长在碳材料中单

键一般为0.154nm，双键为

0.142nm。随品种不同，亦

会发生一定的变化。C==C

双键组成六形结构，构

成一个平面（墨片面），

这些面相互堆积起来，就

成为石墨晶体，如图5所示

为石墨的基本结构。

表1碳材料的物理性能

天然石墨人造石墨石油焦炭沥青焦炭热解炭乙块黑

碳材料

热处理温度/℃280025002200190014001200

结晶度L/nm229.1112.184.547.419.33.92.61.21.2

C

晶格常数d/nm0.3350.3360.3370.3390.3430.3460.3470.3800.348

石墨的两种晶体结构

(a)六方形结构（ABAB…方式）（b）菱形结构（ABCABC…方式）

图6石墨的两种晶体结构方式

n石墨有两种晶形：2H（六角形)结构和3R（菱形)结构，六角形结构按ABAB……方式堆砌而成,为稳

定结构，菱形结构按ABCABC……方式堆砌而成,为亚稳定结构，理想墨片面之间距离为（d002)为

0.3354nm。

石墨的端面和基面