锂离子电池材料浅析课件.pptx

1、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、锂电池用电液制作制作 ：bruin碳负极材料 v石墨v软碳v硬碳石墨v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）v人造石墨天然鳞片石墨 n 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n层面间（d002）：为两002晶面间的距离；理想石

2、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，也就是石墨程度越高；n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 -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？r1P1（3.363.354）/0.0860.93=93%n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3

3、72 mAh/g其计算方法如下：金属锂电化学比容量是3860 mAh/g ，锂在原子量为6.94，碳的原子量是12.0138606.94/（12.016）372 mAh/g ；v对于非理想石墨的理论比容量计算：Q372r=372*0.93=346；v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；v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

4、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；v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；vD50：要求在1820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；v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）；v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vMCMB（中

5、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；v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v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v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

6、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 v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；比如某种正极材料的对辊体积密度是3.8g/cm3，正极片的面密度是4.20.0001g/cm2，基体厚度为20

7、微米，求对辊厚度？H= 4.20.0001/3.820=110.5+20=130.5微米比表面积：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，即粘度越大；固含量：浆料中固体占整个浆重量的质量百分数；固含量越高浆料的粘度越大；PH值：不能超过11，太高使正极浆料果冻化；v镍酸锂特点：比容量高（理论比容量274 mAh/g，实际可达190 mAh/g ），与钴酸锂相比价格便易；但合成困难，必需在氧气流中反应，且易吸水，正极制浆时加工性能差，易呈果冻状。必须与其它金属参杂才能使用；v锰酸锂特点：价格比钴酸锂和镍酸锂都低，制备比镍酸锂容易，安全性好，过充时晶体发生变化不会产生爆炸，

8、但比容量在100120 mAh/g ，较低(理论比容量148 mAh/g)，高温循环性差；锂电池用粘接剂v羧甲基纤维素钠（CMC）CMC为白色粉末，易溶于水，形成透明的溶液，具有良好的分散能力和结合力，并有吸水和保持水分的能力，在电池中起增稠剂的作用，防止颗粒沉降；v聚偏二氟乙烯（PVDF）结晶化温度142度，结晶熔点177度，溶于NMP溶液中，隨着温度的升高，溶解度增加，溶解速度增加，正极配方中起粘接作用。v丁苯乳胶（ SBR ）丁二烯与苯乙烯的共聚物v氮甲基吡咯烷酮（NMP）沸点204度，相对分子量99.13，无色液体，有氨味，极易吸水，锂电池用隔膜v分类：单层和三层（PP、PE、PP）v

9、性能指标：厚度：25、20、16微米，越薄在单位体积内装的活性物质越 多，安全性越差透气性：是指在一定的条件下，一定量的空气通过隔膜所 需时间，与隔膜的孔径和孔率有关机械强度：分为长度和垂直方向的拉伸强度刺穿强度：越大安全性越好锂电池用电液v分类：液态电解质、固态电解质和熔盐电解质v电解质：LiAsF6、LiPF6、LiClO4等，从导电率、热稳定性和耐氧化性上看LiAsF6最好，但其有毒，不能用v有机溶剂：由于锂电池的电压为34V，而水的分解电压为1.23V，所以不能用水做容剂；只能用分解电压高的，导电性较好的有机溶剂，如：PC（碳酸丙烯脂）、EC（碳酸丙烯脂）、DEC（二乙烯碳酸脂）、DMC（二甲基碳酸脂）、EMC（甲乙基碳酸脂）等。