文档介绍：理论培训----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、锂电池用电液
制作:bruin
碳负极材料
石墨
软碳
硬碳
石墨
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
天然鳞片石墨
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的22%
理化指标
层面间(d002):为两002晶面间的距离;理想石墨的d002=,若人造石墨的d002值越小,说明其结构越接近理想石墨,也就是石墨程度越高;
石墨化度(r):接理想石墨的程度;
r=1-P P为石墨结构无序度,可用富兰克林公式计算
富兰克林公式:P=(d002 -)/(-)= (d002 - )/
设结构最杂乱的碳材料的d002 =
若某石墨的d002 =?
r=1-P=1-(-)/==93%
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372 mAh/g 其计算方法如下:
金属锂电化学比容量是3860 mAh/g ,,碳的原子量是 3860*/(*6)=372 mAh/g ;
对于非理想石墨的理论比容量计算:
Q=372*r=372*=346;
真密度:,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,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;
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很多;
D50:要求在18-20微米之间,越小比表面积越大,越难分散,越在影响锂离子的嵌入和脱出速度;
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,要在其表面进行包覆才能使用(沥青,环氧树脂,酚酫树脂等);
人造石墨
是目前锂电负极中使用的主要材料;其特点:价格便易,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
MCMB(中间相碳微球)
国内又称CMS,其特点:循环性能好,比容量高,但价格贵;
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
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;
正极材料 钴酸锂、镍酸锂和尖晶石形的锰酸锂
钴酸锂
可分为一次粒子(UM钴酸锂)和二次粒子(Seimi钴酸锂,经过二次烧结,结构像葡萄串)
特点:电压高、比容量高(理论比容量274 mAh/g,实际可达145 mAh/g ,55%脱嵌)、循环寿命好,易制备,但价格贵;
原料:LiCO3 或LiOH和Co3O4
设备:隧道窑、回转窑和大功率微波炉
方法:高温固相反应
合成温度:900-950度
合成工艺:配料—>混合—>造粒—>烧结—>粉碎—>分级—>检测—>包装
理化指标
D50:5--10微米,其值越小平台越高,安全性差,且制片时易干浆,难分散;越大则平台低;
振实密度:越大越好,在单位空间可装入更多的活性物质,但同时也要考虑到对辊时极片的柔韧性,每种正极材料都有对辊后的体积密度,它是我们控制对辊厚度的最直接依据;
,*,基体厚度为20微米,求对辊厚度?
H= *+20=+20=
比表面积:越小越好;比表面越大时,在相同的固含量时与其它相比,其浆料越稠