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石墨負極對鋰離子電池快充性能的影響

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。


[ 返回 ]   [ 2017-7-7 ]

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