锂离子电池负极材料研究进展

1、锂离子电池锂离子电池负极材料研究进展负极材料研究进展锂离子电池概述锂离子电池概述锂离子电池负极材料研究现状锂离子电池负极材料研究现状我的项目我的项目结束语结束语TextTextText锂离子电池的应用锂离子电池的应用 锂离子电池以碳素材料锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电子嵌入化合物为正极材料电池的总称。池的总称。锂离子电池需求情况重点考锂离子电池需求情况重点考察手机和笔记本两大下游的察手机和笔

2、记本两大下游的情况。情况。工作原理工作原理 同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。越高。 当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充

3、电容量越高。负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。（先恒流再恒压）（先恒流再恒压）使用注意事项使用注意事项：第一，放电电流不能过大第二，绝对不能过放电第三，避免在严酷条件下使用第四，避免将电池长时间“存放”在 停止使用的用电器具中组成部分组成部分正极正极活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料。钴锰酸锂材料。隔膜隔膜一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。通过。有机电解液有机电解液溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶溶

4、解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。电池外壳电池外壳分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳、分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳、铝塑膜等，还有电池的盖帽，也是电池的正铝塑膜等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。负极引出端。welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience负极材料种类负极材料种类负极材料：负极材料：xLi + xe + 6C LixC6 放电时：放电时：LixC6 xLi + xe + 6C 第一种是第一种是碳负极材料碳负极材料：

5、实际用于锂离子电池的负极材料基：实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。 第二种是第二种是锡基负极材料锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。第三种是物。第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料含锂过渡金属氮化物负极材料。第四种是。第四种是合金合金类负极材料类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基

6、合：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金金、锑基合金、镁基合金和其它合金 第五种是纳米级负极第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。材料：纳米碳管、纳米合金材料。 第六种第六种纳米材料是纳米氧化物材料纳米材料是纳米氧化物材料：诸多公司已经开始使：诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的充放电量和充放电物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的充放电量和充放电次数。次数。负极材料发展负极材料发展负极发展史负极发展史 二次锂电池负极材料经历了由

7、金属锂到锂合金、碳材料、氧化物二次锂电池负极材料经历了由金属锂到锂合金、碳材料、氧化物再到纳米合金的演变过程。再到纳米合金的演变过程。碳材料碳材料 自从自从 1990 1990 年年 Sony Sony 公司推出以石油焦炭为负极的锂离子公司推出以石油焦炭为负极的锂离子电池，碳负极材料受到了人们极大的关注。这些炭质材料价格电池，碳负极材料受到了人们极大的关注。这些炭质材料价格便宜、来源丰富、性能稳定、能提供低而平稳的工作电压便宜、来源丰富、性能稳定、能提供低而平稳的工作电压石墨烯基杂化材料石墨烯基杂化材料231石墨烯优异的导电性能能增强金属电极材料中活性石墨烯优异的导电性能能增强金属电极材料中活

8、性物质与集流体的导电接触物质与集流体的导电接触石墨烯片层柔韧性在无石墨烯片层柔韧性在无外力作用下表面卷曲皱外力作用下表面卷曲皱褶褶石墨烯表面的活化核点能控制在其表面生长的颗粒石墨烯表面的活化核点能控制在其表面生长的颗粒保持在纳米尺寸，使锂离子和电子的扩散距离变小，保持在纳米尺寸，使锂离子和电子的扩散距离变小，改善材料的倍率性能改善材料的倍率性能4纳米颗粒能覆盖住石墨纳米颗粒能覆盖住石墨烯表层，最大程度防止烯表层，最大程度防止电解质插入石墨烯片层电解质插入石墨烯片层导致电极材料剥落现象，导致电极材料剥落现象，从而改善材料的循环稳从而改善材料的循环稳定性能定性能我的项目我的项目以大米煅烧后的物质为

9、活性材料的负以大米煅烧后的物质为活性材料的负极材料制备和电化学性能测试极材料制备和电化学性能测试8-8-羟基喹啉羟基喹啉-Zn-Zn为活性材料的负极材为活性材料的负极材料制备和电化学性能测试料制备和电化学性能测试8-羟基喹啉羟基喹啉-Zn拉曼光谱拉曼光谱煅烧后的煅烧后的8-8-羟基喹羟基喹啉啉-Zn-Zn在在13501350和和15801580处分别有处分别有D D带带和和G G带，说明我们带，说明我们所制备的材料具有所制备的材料具有石墨烯结构。其层石墨烯结构。其层状结构有利于金属状结构有利于金属离子的镶嵌。离子的镶嵌。01000200030004000-40-20020406080100 I

10、ntensity(a.u)Raman shifts(cm-1)制备过程制备过程1 1、混合回流混合回流（三角瓶回流，磁力搅拌，（三角瓶回流，磁力搅拌，9090度，度，4 4小时）小时）2 2、抽滤抽滤水洗醇洗水洗醇洗（各两次）（各两次）3 3、干燥干燥（干燥箱（干燥箱6060度度2424小时）小时）4 4、煅烧煅烧（管式炉（管式炉500500度度2020分钟，有待改善煅烧条件）分钟，有待改善煅烧条件）4.14.1超声酸洗超声酸洗（50ml50ml的的4M4M的的HClHCl搅拌搅拌2h2h，超声，超声2h2h，再搅拌，再搅拌2h2h) )并并抽滤抽滤( (或离心）或离心）5 5、洗涤洗涤（水洗

11、即可）（水洗即可）6 6、干燥干燥（干燥箱（干燥箱6060度度1212小时）小时）7 7、研磨研磨（8:18:1与乙炔黑充分混合）与乙炔黑充分混合）8 8、干燥、干燥制备过程制备过程9、PVDF磁力搅拌磁力搅拌（2ml粘结剂，磁力搅拌粘结剂，磁力搅拌4小时）小时）10、涂抹涂抹（铜箔）并（铜箔）并干燥干燥（80度真空干燥）度真空干燥）11、干燥干燥（80度真空干燥）度真空干燥）12、组装电池组装电池（正极，涂有活性材料的铜箔，隔膜，锂片，（正极，涂有活性材料的铜箔，隔膜，锂片，泡沫镍，负极的顺序，每做一步滴加电解液）泡沫镍，负极的顺序，每做一步滴加电解液）13、测试测试14、总结总结性能测试性

12、能测试0.02mol0.02mol醋酸锌醋酸锌（150mL150mL水）水）+0.01mol+0.01mol8-8-羟基喹啉羟基喹啉（50mL50mL乙醇）为乙醇）为活性物质材料。活性物质材料。在在100100次内的放电次内的放电比容量变化情况。比容量变化情况。图分别是图分别是0.5C0.5C和和5C5C条件下的放电条件下的放电比容量比容量循环次循环次数曲线图数曲线图。大米为活性物质大米为活性物质1 制备流程：制备流程：大米煅烧至灰大米煅烧至灰加入炭黑研磨加入炭黑研磨干燥干燥加入加入PVDFPVDF磁磁力搅拌力搅拌涂抹铜箔并干燥涂抹铜箔并干燥 组装电池组装电池 电化学性能测试电化学性能测试我们

13、已经制备成我们已经制备成功大米煅烧后的功大米煅烧后的材料为活性物质材料为活性物质的锂离子电池负的锂离子电池负极材料，放电比极材料，放电比容量可到容量可到 200-400mAh/g 200-400mAh/g。图为所制备负极材料在所制备负极材料在100100次次内的放电比容量变化情况。内的放电比容量变化情况。发展方向发展方向负极材料的研究重点将朝着高比容量负极材料的研究重点将朝着高比容量(特别是体积特别是体积比容量比容量)、高充放电效率、高循环性能和较低的成、高充放电效率、高循环性能和较低的成本方向发展，实用性负极材料的比容量将突破本方向发展，实用性负极材料的比容量将突破Li匕理论比容量匕理论比容量(372mAhg)。此外，含有锂源的负极材料如锂的过渡金属此外，含有锂源的负极材料如锂