锂离子电池介绍.ppt

4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料一般制备负极材料的方法：①在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；②将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到硬碳；③高温热分解有机物和高聚物制备含氢碳。第62页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳的同素异形体金刚石富勒烯石墨无定形碳乱层石墨第63页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料石墨六方石墨三方石墨范德华力第64页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料锂石墨嵌入化合物锂嵌入石墨层间，形成多级嵌人化合物．属于施主型嵌入化合物。一级嵌锂化合物LiC6锂是完全离子化的第65页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料电化学容量电化学容量：通常指单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，一般用mAh／g表示。石墨类碳的充电机理是锂离子可逆地嵌入石墨层间，嵌入量一般不应超过LiC6，相应电化学容量为372mAh/g。石墨类碳的电化学容量Q与石墨结构无序度P的关系为Q＝372(1—P)第66页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料电化学容量嵌入石墨层间在石墨层间形成最近邻的堆积插入到碳材料的空腔在杂原子取代的碳中与杂原子相互作用在六方石墨与菱形石墨相共存形成的缺陷位富集在石墨a—b面形成多层吸附在石墨a—b面和边缘面形成活性位吸附锂石墨第67页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料天然石墨结构参数和电化学容量菱形石墨含量越高，电化学容量越大电化学容量第68页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料电化学容量储锂机制：当锂嵌入到热解炭中，弱的C—H键断裂，Li取代H形成C—Li键。相反．脱嵌时，弱的C—H键恢复，这样C—H键的破裂和恢复就使低温热解炭有高于石墨理论容量的附加容量。低温热解炭的可逆容量在400mAh/g—900mAh/g之间第69页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料不可逆容量损失不可逆容量损失：在充放电过程中，电极的充放电效率低于100％，即放电的电化学容量低于充电，损失的部分被称为不可逆容量损失。通常由电极表面发生的不可逆副反应引起。第70页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料不可逆容量损失固态电解质界面膜SEI主要组成为Li2CO3、ROCO2LiSEI主要在第一次充放电时产生，是不可逆容量损失的主要来源。此外，还影响电极的自放电、循环性、低温性能、安全性和功率密度。第71页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料电极电位电极反应室温下碳电极的电极电位理想的负极材料的电极电位应与金属锂接近．随锂的嵌入量不同变化不大。石墨的电极电位从0.4V到0.0V(相对于Li+/Li)之间变化，是比较合适的负极材料。锂离子电池负极材料——碳负极材料第72页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料充放电倍率充放电电流I＝C／N。其中C为电池的额定容量值：N为放电小时数。一个容量为2Ah的电池以20小时率(或0.05C，或0.05倍率)放电，则I＝100mA。I值的大小反映了电池充放电的快慢，主要与电池内部各种电极过程的速率有关。锂离子电池负极材料——碳负极材料第73页，共125页，星期日，2025年，2月5日影响因素：锂离子在正负极材料内部的扩散速率、电极表面的电化学反应速率、锂离子在电极/电解质界面的扩散速率以及锂离子在电解质中的离子迁移率。4锂离子电池材料充放电倍率液体电解质碳负极材料体系：锂离于在石墨层问的嵌入与脱出的速率决定了电池的充放电倍率。增加边缘面取向及增大比表面积锂离子电池负极材料——碳负极材料第74页，共125页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料循环性循环性：电极材料在反复充放电过程中保持电化学容量的能力。影响因素：电极材料的结构稳定性、化学稳定性、热稳定性。碳材料10％的体积变化锂离子电池负极材