新能源-石墨负极对锂离子电池快充性能的影响

日期：2017-10-21 点击次数：1600

　　文章分析了石墨负极材料对锂离子电池快充性能的影响机理，制备了不同焦类原料的一系列石墨负极材料，对其进行了粒度、偏光以及XRD等测试，并制成锂离子电池进行倍率充电以及倍率循环测试。结果表明：取向性较好的焦类原料制备的石墨材料具有较好的快充性能。用改善后的石墨负极制作了高能量密度快充锂离子电池，6C/1倍率循环测试300周的容量保持率达到86%以上。

　　引言

　　锂离子电池自从问世以来，在多个领域得到了广泛的应用。从目前看，锂离子电池不但普遍应用在手机、数码相机、平板电脑等电子产品中，在车载电源领域的应用也取得了一定的突破;从未来市场对锂离子电池的需求看：快速充电型锂离子电池将成为锂离子电池的重要方向。

　　为了改善石墨负极材料的快充性能，本文实验制备了由不同焦类原料制成的一系列石墨负极材料，对其进行了粒度、偏光以及XRD等测试，制成锂离子电池进行倍率充电以及倍率循环测试。并对测试结果进行了分析。

　　锂离子电池快速充电机理分析以及石墨对锂电池快充的影响

　　以正极钴酸锂，负极石墨为例，锂离子电池充电时正负极的反应如下：

　　正极反应方程式：LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi+xe-

　　负极反应方程式：xLi+xe——+6C→LixC6

　　锂离子电池在充电时，钴酸锂的部分Li+脱离晶格进入电解液，然后迁移到负极活性物质碳的晶格之中(嵌入)，生成LixC化合物。

　　在这个过程当中，锂离子在电场和浓度梯度的作用下从正极迁移、扩散到负极，经历了在溶液中的液相扩散、在石墨表面的电化学反应以及在石墨中的固相扩散。

　　而锂在石墨内部的固相扩散系数相对较小(通常情况下只有约为10-10cm2.s-1)，这使锂在石墨内部的固相扩散容易成为整个电极反应的控制步骤。因此，改进石墨材料，提高锂在石墨中的固相扩散，能够有效降低电池的极化与析锂的风险，提升锂离子电池的快充性能。

　　石墨的制备

　　不同焦类原料人造石墨的制备：分别选取不同焦类原料a，b，c，经过粉粹、过筛处理后，在2800℃温度下进行高温石墨化处理，升温速度：15℃/min，恒温时间：5h，高温处理后的材料过筛250目筛网，得到人造石墨A、B、C。不同人造石墨材料的理化指标见表1。

　　扣电组装

　　取CR2016型号扣式电池壳，在正极壳中滴加电解液，再依次放入负极片、隔膜(在负极片、隔膜上分别滴加电解液)、处理好的锂片，泡沫镍、不锈钢片，盖上负极壳将电池封口，制成CR2016型号扣式电池。

　　全电池组装

　　将质量比为96.5：1.5：2的钴酸锂、PVDF、导电剂碳黑SuperP与溶剂NMP混匀后，涂覆在16μm厚的铝箔上;将质量比为96：3：1的人造石墨、粘结剂(羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR=1：1)和导电剂碳黑SuperP与溶剂去离子水混匀后，涂覆在10μm厚的铜箔上。涂覆好的正、负极片经制片、卷绕、干燥、注液、封口及化成、分容等工序，制成554065型软包锂离子电池。

　　结果与讨论

　　材料粉体测试

　　(1)不同焦类原料的偏光测试三种不同的焦类原料a，b，c偏光测试的图片如图1——图3。