锂离子电池(电芯)课件.ppt

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1、锂离子电池材料1、负极材料2、正极材料3、锂电池用粘接剂4、锂电池用隔膜5、锂电池用电解液11：碳负极材料石墨软碳硬碳2天然石墨天然鳞片石墨（石墨化程度高）天然土状石墨（石墨化程度低）人造石墨石墨3结构呈平面网层结构，层间是通过分子间力结合，在插入和脱出锂离子时易发生膨胀和收缩甚至导致石墨层分层剥落，影响电池的循环寿命；层面是共价键结合较牢固；天然石墨有两种晶形：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，通过研磨可将其含量提高至22%。天然鳞片石墨----结构4层面间（d002）：为两002晶面间的距离；

2、理想石墨的d002=3.354nm，若人造石墨的d002值越小，说明其结构越接近理想石墨，也就是石墨化程度越高；天然鳞片石墨----理化指标碳负极材料的比容量比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，用mAh/g表示；理想石墨的嵌入锂离子形成LiC6时的理论比容量是372mAh/g　其计算方法如下：金属锂电化学比容量是3860mAh/g，锂的原子量为6.94，碳的原子量是12.01,　3860＊6.94/（12.01＊6）＝372mAh/g。石墨化度(r)：接近理想石墨的程度；r=1-PP为石墨结构无序度，可用富兰克林公式计算富兰克林

3、公式：P=(d002-3.354)/(3.44-3.354)=(d002-3.354)/0.086设结构最杂乱的碳材料的d002＝3.44若某石墨的d002＝3.36计算其石墨化度？r＝1－P＝1－（3.36－3.354）/0.086＝0.93=93%5对于非理想石墨的理论比容量计算：Q＝372＊r=372*0.93=346；天然鳞片石墨----理化指标真密度：理想石墨的真密度为2.266g/cm3，其它石墨材料的真密度只接近其值，不能超过，越接近说明其结构越接近理想石墨，其石墨化度越高；比表面积：单位质量颗粒的表面积总和，用m2/g表示；在相同质

4、量下，颗粒越小其比表面积越大；在所有的几何体中球的比表面积最小，因此要得到小的比表面积最好将颗粒加工成球形。在锂离子电池中要求负极材料的比表面积越小越好，形貌越规整越好，因为这样可使形成SEI膜面积少，消耗的锂离子少，不可逆容量损失少，同时产生的气体也少；6振实密度：衡量单位体积能装下活性物质的量；越大越好，在单位体积内可使负极活性物质装的更多；D50：要求在18－20微米之间，越小比表面积越大，越难分散，越影响锂离子的嵌入和脱出速度（慢）；天然鳞片石墨----理化指标7天然石墨在电池中的优缺点优点：石墨化度高，理论比容量高；缺点：循环寿命差，要在

5、其表面进行包覆才能使用（沥青，环氧树脂，酚酫树脂等）；天然石墨改性。天然石墨8MCMB（中间相碳微球）国内又称CMS或CMB，其特点：循环性能好（主要是其微观结构与天然石墨不一样，球形或类球形，棱角少，且各向同性较好），比容量高，但价格贵；原料是沥青。人造石墨人造石墨是目前锂电负极中使用的主要材料；其特点：价格便宜，循环性能好，但比容量稍低；生产过程：石油焦—>煅烧（1300℃）—>粉碎—>混捏—>成型—>焙烧—>石墨化（2800℃）—>机械加工—>石墨粉9人造石墨中间相炭微球的含义炭质中间相——是一种由缩合稠环芳烃平面分子构成的液晶体，具有光学各

6、向异性的特征，是稠环芳烃的胶体物系在缩聚反应过程中从液相向固相过渡的中间相态。中间相炭微球结构模型为：中间相沥青微球内部由许多结构单元组成，这些结构单元是由一些芳香族化合物缩聚物比较规整的堆叠在一起形成的，而这些结构单元之间排列的规整性却较差，也就是说中间相沥青微球内部芳香族缩聚物片层分子接近平行堆积，因此具有良好的一维有序结构，但结构单元之间的位错导致在其他方向的有序性较差。10人造石墨中间相炭微球的分离方法1.溶剂法2.离心法中间相炭微球的制备方法1.热缩聚法2.乳化法(溶于液态硅胶)3.悬浮法(利用比重差)11人造石墨CMB工艺流程图反应沉离

7、心洗涤干炭化、石墨化分级混料成品沥青原料槽溶剂槽混合废液分离回收12软碳：是经过高温处理能够转化为石墨的无定形碳，石油焦、碳纤维等；其特点：石墨化度低，晶形尺寸小，晶面距大，较石墨能大电池充放电（可快速充放电），且有耐过充过放的能力，但有电压滞后的现象。人造石墨硬碳：是指难石墨化碳，如乙炔黑、酚醛树脂和环氧树脂裂解的产物；特点：晶面间距相当大，比容量高，循环性能好，但有电压滞后，首次充放电不可逆损失大；13正极材料钴酸锂、镍酸锂和尖晶石形的锰酸锂、磷酸铁锂、三元（Ni：Co：Mn）钴酸锂可分为一次粒子（UM钴酸锂）和二次粒子（Seimi钴酸锂，经过

8、二次烧结，结构像葡萄串）。特点：电压高、比容量高（理论比容量274mAh/g，实际可达145mAh/g，55%脱嵌）、循环