新能源-石墨負極對鋰離子電池快充性能的影響

日期：2017-10-21 點擊次數(shù)：2137

　　文章分析了石墨負極材料對鋰離子電池快充性能的影響機理，制備了不同焦類原料的一系列石墨負極材料，對其進行了粒度、偏光以及XRD等測試，并制成鋰離子電池進行倍率充電以及倍率循環(huán)測試。結果表明：取向性較好的焦類原料制備的石墨材料具有較好的快充性能。用改善后的石墨負極制作了高能量密度快充鋰離子電池，6C/1倍率循環(huán)測試300周的容量保持率達到86%以上。

　　引言

　　鋰離子電池自從問世以來，在多個領域得到了廣泛的應用。從目前看，鋰離子電池不但普遍應用在手機、數(shù)碼相機、平板電腦等電子產品中，在車載電源領域的應用也取得了一定的突破;從未來市場對鋰離子電池的需求看：快速充電型鋰離子電池將成為鋰離子電池的重要方向。

　　為了改善石墨負極材料的快充性能，本文實驗制備了由不同焦類原料制成的一系列石墨負極材料，對其進行了粒度、偏光以及XRD等測試，制成鋰離子電池進行倍率充電以及倍率循環(huán)測試。并對測試結果進行了分析。

　　鋰離子電池快速充電機理分析以及石墨對鋰電池快充的影響

　　以正極鈷酸鋰，負極石墨為例，鋰離子電池充電時正負極的反應如下：

　　正極反應方程式：LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi+xe-

　　負極反應方程式：xLi+xe——+6C→LixC6

　　鋰離子電池在充電時，鈷酸鋰的部分Li+脫離晶格進入電解液，然后遷移到負極活性物質碳的晶格之中(嵌入)，生成LixC化合物。

　　在這個過程當中，鋰離子在電場和濃度梯度的作用下從正極遷移、擴散到負極，經歷了在溶液中的液相擴散、在石墨表面的電化學反應以及在石墨中的固相擴散。

　　而鋰在石墨內部的固相擴散系數(shù)相對較小(通常情況下只有約為10-10cm2.s-1)，這使鋰在石墨內部的固相擴散容易成為整個電極反應的控制步驟。因此，改進石墨材料，提高鋰在石墨中的固相擴散，能夠有效降低電池的極化與析鋰的風險，提升鋰離子電池的快充性能。

　　石墨的制備

　　不同焦類原料人造石墨的制備：分別選取不同焦類原料a，b，c，經過粉粹、過篩處理后，在2800℃溫度下進行高溫石墨化處理，升溫速度：15℃/min，恒溫時間：5h，高溫處理后的材料過篩250目篩網，得到人造石墨A、B、C。不同人造石墨材料的理化指標見表1。

　　扣電組裝

　　取CR2016型號扣式電池殼，在正極殼中滴加電解液，再依次放入負極片、隔膜(在負極片、隔膜上分別滴加電解液)、處理好的鋰片，泡沫鎳、不銹鋼片，蓋上負極殼將電池封口，制成CR2016型號扣式電池。

　　全電池組裝

　　將質量比為96.5：1.5：2的鈷酸鋰、PVDF、導電劑碳黑SuperP與溶劑NMP混勻后，涂覆在16μm厚的鋁箔上;將質量比為96：3：1的人造石墨、粘結劑(羧甲基纖維素鈉CMC、丁苯橡膠SBR=1：1)和導電劑碳黑SuperP與溶劑去離子水混勻后，涂覆在10μm厚的銅箔上。涂覆好的正、負極片經制片、卷繞、干燥、注液、封口及化成、分容等工序，制成554065型軟包鋰離子電池。

　　結果與討論

　　材料粉體測試

　　(1)不同焦類原料的偏光測試三種不同的焦類原料a，b，c偏光測試的圖片如圖1——圖3。