材料化学 课件 12-2-1-4 锂离子电池负极材料

第四章：锂离子电池负极材料锂电池负极材料负极材料储锂方式能量密度优点缺点石墨插层式372成本低，常用，平均电位低倍率性能低，初始容量低LTO插层式175热稳定性好，倍率性能高成本高，容量低Fe2O3转换式750成本适中，容量高于石墨平均电位高Si合金式3579高容量体积膨胀明显Li金属负极3860容量和倍率性能高，平均电位低安全性差碳基/硅基/锡基钛基负极其他石墨非石墨碳纳米石墨烯Li-Ti-OMLi2Ti6O14TiO2Li-Cr-Ti-O过度金属氧化物铌基负极磷化物氮化物石墨负极是市场上最为常用的负极之一，整体发展趋向高能量密度趋势硅碳负极锡碳负极碳基负极材料根据结构特点分类碳材料碳材料结晶度Lc/nm晶格常数d/nm密度g·cm-3比表面积m2·g-1乙炔黑1.20.3481.3131.7热解碳1.20.3801.604.0石油焦炭1400℃3.90.3462.139.5沥青焦炭1200℃2.60.3472.024.0人造石墨190019.30.3431.974.0人造石墨220047.40.3391.962.8人造石墨250084.50.3372.001.9人造石墨2800112.30.3361.981.5天然石墨229.10.3352.206.3部分碳材料的物理性质最早用于锂离子负极的材料之一导电性好，结晶度高比容量达300mA·h·g-1，放电效率90%以上，不可逆容量低于50mA·h·g-1石墨负极的缺点充放电过程中形成SEI膜，基体膨胀，容量损失和溶剂相容性差扩散路径长，不适合大电流充放电低电位下可能有金属锂沉积碳基负极材料-石墨解决方法——改性机械研磨改性：改变微观结构，形态，电化学性能表面氧化：去除高活性组分，增加微孔数，产生纳米通道掺杂：电压升高，但充电容量变低碳基负极材料-石墨Li,L.J.ACSnano,2013CVDHou,Y.,NatureCommunications,2020热裂解化学功能化处理Yu,T.,AdvancedMaterials,2014模板法Shi,J.,AdvancedMaterials,2014化学刻蚀Huang,Y.,AdvancedMaterials,2019多种传统方法合成碳基材料，并实现掺杂与纳微结构的制备硅单质作为负极通过与锂形成合金（LixSi）来储存锂离子。硅单质可实现极高储锂容量，超过3000mAh/g。形成合金过程中，Si的体积会大幅度膨胀，使得颗粒破裂，最终导致电极失效。硅基负极材料硅基负极的缺点首次库伦效率低，充放电循环寿命短嵌锂过程中，硅体积膨胀高达300%~400%，脱锂过程中体积大幅度收缩，导致活性物质剥离，活性坍塌解决方法采用特殊粘结剂制备具有微孔结构硅基颗粒与碳基材料复合制备硅碳负极第五章：隔膜和电解液单位：欣旺达电子股份有限公司主讲人：刘阳电解液•动力储能电解液是指应用于动力和储能电池的电解液。动力储能电解液电池产品的循环次数和充放电倍率高，

•具有常温循环性能优良、高温存储性能优良、低温放电性能好、抑制锰溶出效果好、高温循环性能优良、抑制钛酸锂负极气胀效果好等特性。

电解液动力储能电解液3C数码电解液3C数码电解液是指应用于3C数码电池产品中的电解液。适用于高电压的钴酸锂电池，充放电倍率为2C/0.2C。3C数码电解液具有高温和常温循环性能优良，高温及防气胀性能好等特性。受益于动力锂电池在新能源汽车领域的运用，锂电电解液出货量保持高速增长隔膜隔膜干法隔膜涂覆膜湿法隔膜•采用干法技术制备的隔膜称为干法隔膜，主要用于聚丙烯隔膜的制造，有三种工艺技术；•干法技术工艺简单、无污染，成本低，但生产效率较低，用于低成本和高安全性动力和储能电池领域。•采用湿法技术制备的隔膜称为湿法隔膜，湿法技术主要用于聚乙烯隔膜的制造；•湿法隔膜轻薄，不易撕裂，功能性更强，熔点低，安全性差，综合成本高。•涂覆隔膜是利用粘结剂在聚烯烃基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝；•涂覆隔膜热稳定性高、热收缩低、与电解液浸润性高，安全性好。受益于动力电池在新能源汽车领域的运用，锂电隔膜出货量保持高速增长第六章：未来发展方向单位：欣旺达电子股份有限公司主讲人：刘阳发展方向提高能量密度改善安全性提高循环寿命实现可持续发展01随着电动汽车和储能系统的普及，对于电池能量密度的要求越来越高。研究人员正在尝试采用新型材料、结构和工艺，提高电池能量密度，进一步推动电动化进程。02锂电池的安全性问题一直是电池行业的难点，需要进一步完善安全措施和材料设计，避免电池过热、短路等安全事故。03电池的循环寿命和使用寿命是影响电池性能的关键因