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石墨负极对锂离子电池快充性能的影响

导读: 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。

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。

石墨负极对锂离子电池快充性能的影响

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。

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